http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2010-11-22
欧洲核子研究中心科学家首次捕捉到反物质(图)
欧洲核子研究中心的ALPHA实验首次成功捕获反物质
新浪科技讯 北京时间11月18日消息，欧洲核子研究中心(CERN)科学家宣布，在最新实验中首次成功捕获反物质，取得了重大的物理学突破。他们在实验中创造了以反氢形式存在的反物质，证明捕获和释放反物质是有可能的。这项研究突破或许有助于科学家设计出相应的实验，以深入了解这种行踪诡异的物质。
在《星际迷航》系列电视和电影中，反物质被用于驱动科克船长乘坐的宇宙飞船进行太空之旅。如今，科学家表示他们首次捕获了存在于现实世界的反物质样本。一个由英国和其他国家物理学家组成的科研小组在一项惊人的科学突破中，在实验室中瞬间“捕捉”了38个反氢原子。
反物质有助揭开宇宙起源之谜
虽然这次实验不可能令科学家研制出曲速引擎飞行器(Warp Engine)、反物质驱动装置，或是找到比《星际迷航》光速旅行更快的旅行方式，但却有可能揭开宇宙起源之谜。反物质就是正常物质的镜像，正常原子由带正电荷的原子核构成，核外则是带负电荷的电子。但是，反物质的构成却完全相反，它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。当物质和反物质相撞，它们会立即相互湮没，释放出能量。
自英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)最早提出反物质存在理论以来，反物质就一直是科幻小说和电影的主题。在电视和电影系列《星际迷航》中，反物质反应堆驱动“企业”号进行太空之旅，而在丹·布朗畅销小说《达芬奇密码》姊妹篇《天使与魔鬼》改编而成的同名电影中，藏匿在罗马的反物质炸弹更是成为电影的主线。
从理论上讲，1磅(约合450克)反物质的破坏力超过当量最大的氢弹。不过，制造和保存微量反物质是一件非常困难和耗资巨大的事情，用于制造超级武器的前景更是距离现实非常遥远。
38个反氢原子存活六分之一秒
在刊登于最新一期《自然》杂志上的最新研究中，欧洲核子研究中心的科学家使用反氢激光物理仪器(简称ALPHA)，冷却带负电荷的反质子(氢原子核的镜像)，将其挤压至长20毫米、宽1.4毫米的火柴棍大小的云状物中，这些粒子云接着被导入类似的正电子(反物质电子)云中。两种粒子结合形成反氢原子，最终，磁场在六分之一秒内成功捕捉到反氢原子。
卡尔加里大学物理学与天文学系主任罗布·汤普森教授说：“这是一项重要发现，可能有助于实施一些实验，使我们对当前物理学的基本看法产生巨大变化，证实我们当前了解到的知识。我们捕捉了大约38个原子，数量相当少，连一杯咖啡都热不了，更别提驱动《星际迷航》中的星舰‘企业’号了。现在，我们可以启动下一步工作，使用工具去对这些原子进行研究。”
共有42位研究人员参与了ALPHA实验。这些实验或许有助于科学家揭开有关宇宙最难解的谜团之一。科学家认为，当宇宙在137亿年前诞生于大爆炸时，这个事件产生了相同数量的物质和反物质。然而，今天，宇宙完全被正常物质所占据。科学家长期以来就想弄清楚消失的反物质究竟去了哪里。
英国斯旺西大学教授麦克·查尔顿说：“氢原子是所有原子中结构最简单的，反氢是可以在实验室最容易制造的反物质类型。深入了解它将有助于揭开已知宇宙由物质而非反物质构成的几乎所有谜团。”英国理论物理学家保罗·狄拉克在20世纪50年代最早预测了反物质的存在。(秋凌)
[新浪网]
科学家首次“抓住”反物质 存在0.17秒
英国《自然》杂志网站17日刊登研究报告说，欧洲核子研究中心的科学家成功制造出多个反氢原子，并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。
研究人员曾在实验室里制成反物质，但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。此次的突破之处在于，制造出数个反氢原子后，借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0.17秒。
按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。
什么是反物质？
理论上，500克反物质
破坏力超过最大氢弹
15年前实验室里造出过
但稍纵即逝
反物质，正常物质的反状态，极不稳定而几乎不存在于自然界。
反物质是目前科学领域最大的谜团之一。正物质的原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反，由带负电的质子和带正电的电子组成的就是反物质。
在美国科幻片《星际迷航》里，宇航员把反物质用作星际飞船燃料。而美国作家丹·布朗在畅销书《天使与魔鬼》中把反物质描述成人类目前所知威力最大的能量源。它能以百分之百的效率释放能量，不造成污染，不产生辐射，一小“滴”便可维持美国纽约全天所需能量。
从理论上说，不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。
爱因斯坦预言过反物质的存在。按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。
然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。
15年前实验室里造出过
但稍纵即逝
科学家们研究反物质，之所以选择氢原子入手，是因为氢原子只包含一个质子和一个电子，是最简单的原子，因此被看做是物理学领域最佳的研究对象。
早在1995年，欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭，因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝，科学家们根本无从研究它的真面目。
研究人员2002年在真空环境里造出反氢原子，但造出后不到片刻便已湮灭。实验进一步表明，反氢原子可以大量制造，但如何让它们存在时间长一点仍是难题。
怎么抓住它？
利用磁场作“陷阱”
因此，这次实验成果的突破就在于，人工制造的38个反氢原子存在了大约0.17秒。这个时间在普通人看来也许仍然非常短，但对于科学家来说，已经比先前有了实质性的延长，足够他们进行较为深入的观察和研究。
欧洲核子研究中心介绍说，这次之所以能够将反氢原子捕获长达0.17秒，要归功于一种特殊的磁场。在实验室中，反氢原子是在真空环境里制造出来的，正常情况下瞬间就会与正物质发生湮灭并消失。而这个强大而复杂的磁场会像陷阱一样“拖延时间”，使反氢原子与正物质的接触稍作延缓。
实验显示，利用这种磁场，可以将“牵制”反氢原子的时间延长到十分之一秒的量级，这对于观察研究反氢原子来说已经“足够长”。最终，欧洲核子研究中心在制造出的数以千计的反氢原子中，成功地使其中的38个存在了大约0.17秒。
谈及这种看不见、摸不着的捕捉方式，丹麦奥胡斯大学教授杭斯特告诉英国广播公司记者，反氢原子具有“少许磁性”，“你可以把它们想象成罗盘指针，能够利用磁场探知它们的存在。我们制成一只强有力的‘磁瓶’，在里面造出反物质”。
另外，反氢原子运动速度不能太快，否则便难以捕获。杭斯特所在研究团队花费5年时间，设法让反氢原子温度降至0.5开氏度，相当于零下272.65摄氏度、即接近绝对零度，使反氢原子处于低能量状态。
前景展望
有望解开宇宙起源之谜
尽管这只是在实验室中制造并短暂捕捉到反物质原子，但科学界仍然欢欣鼓舞，认为这是物理学领域的一次突破，距离反物质的“真相”又“近了一步”。
刊登这一研究成果的英国《自然》杂志称，成功“捕捉”反氢原子后，通过比较反物质和正物质，科学家们就可以测试粒子物理学“标准模型”中最核心的基本对称理论。
反物质的发现，使人们联想上世纪许多不解之谜，其中最为著名的莫过于“通古斯大爆炸”。1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区遭遇从天而降的“火球”，大片原始森林顷刻化为灰烬。至于爆炸起因，一些人推断是小行星撞击，一些人猜想是反物质所致“湮灭”。
深入研究反物质，是解开宇宙起源之谜的重要环节。
“我们希望查明，物质与反物质之间是否存在某些我们尚不知道的区别，”杭斯特说，“这种区别或许存在于更基本层面，或许牵连宇宙起源时某些高能量活动。”
“这就是为什么能够‘抓住’它们(反物质)是这般重要，因为我们需要时间研究它们。”
欧洲核子研究中心称，反物质就像是“宇宙的镜子”。科学家们早就开始种种尝试寻找反物质，以期比较反物质和正物质的区别，解开反物质之谜，进而更好地理解宇宙的诞生和演化。
杭斯特教授解释道，研究人员掌握捕获反物质技术后，今后可在具体操作程序层面加以“微调”，便有望制成数量足够多、保存时间足够长的反物质，为进一步研究打开一扇门。(综合新华社消息)
[杭州日报]
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解读反物质的神奇捕捉：利用磁场作陷阱
新华网北京11月18日电 反物质研究又向前迈进“一小步”！欧洲核子研究中心17日宣布，首次将实验室制造出的反氢原子“捕捉”，使其存在了“较长时间”。
存在时间是关键
实际上，早在1995年，欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭，因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝，科学家们根本无从研究它的真面目。2002年，欧洲核子研究中心的实验进一步表明，反氢原子可以大量制造，但如何让它们存在时间长一点仍是难题。
因此，这次实验成果的突破就在于，人工制造的38个反氢原子存在了大约0.17秒。这个时间在普通人看来也许仍然非常短，但对于科学家来说，已经比先前有了实质性的延长，足够他们进行较为深入的观察和研究。
利用磁场作“陷阱”
欧洲核子研究中心介绍说，这次之所以能够将反氢原子捕获长达0.17秒，要归功于一种特殊的磁场。在实验室中，反氢原子是在真空环境里制造出来的，正常情况下瞬间就会与正物质发生湮灭并消失。而这个强大而复杂的磁场会像陷阱一样“拖延时间”，使反氢原子与正物质的接触稍作延缓。
实验显示，利用这种磁场，可以将“牵制”反氢原子的时间延长到十分之一秒的量级，这对于观察研究反氢原子来说已经“足够长”。最终，欧洲核子研究中心在制造出的数以千计的反氢原子中，成功地使其中的38个存在了大约0.17秒。
反物质的“神秘身份”
反物质是目前科学领域最大的谜团之一。正物质的原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反，由带负电的质子和带正电的电子组成的就是反物质。正物质和反物质相遇后会湮灭。
按照现行理论，宇宙大爆炸之初，产生了等量的正物质和反物质。但现实情况是，我们的世界由正物质组成——反物质似乎莫名消失了，至少到现在仍然无法直接观测到它的存在。
欧洲核子研究中心称，反物质就像是“宇宙的镜子”。科学家们早就开始种种尝试寻找反物质，以期比较反物质和正物质的区别，解开反物质之谜，进而更好地理解宇宙的诞生和演化。
科学家们研究反物质，之所以选择氢原子入手，是因为氢原子只包含一个质子和一个电子，是最简单的原子，因此被看做是物理学领域最佳的研究对象。
反物质研究的重要一步
尽管这只是在实验室中制造并短暂捕捉到反物质原子，但科学界仍然欢欣鼓舞，认为这是物理学领域的一次突破，距离反物质的“真相”又“近了一步”。
刊登这一研究成果的英国《自然》杂志称，成功“捕捉”反氢原子后，通过比较反物质和正物质，科学家们就可以测试粒子物理学“标准模型”中最核心的基本对称理论。
欧洲核子研究中心主任罗尔夫·霍伊尔在17日发布的一份新闻公报中说，“这是反物质研究领域的重要的一步。”
[新华网]
反物质与三大世纪之谜
反物质的发现，使人们自然地联想起了上世纪的许多不解之谜。
三大“世纪之谜”中最著名的当数通古斯大爆炸——1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区的森林里，突然发生了一次史无前例的大爆炸。其威力相当于1000枚原子弹同时爆炸，数百平方公里内的城镇与森林在爆炸中被毁灭。
通古斯爆炸震惊了全世界，世界上多个国家相继派团考察，但至今通古斯大爆炸之谜依然众说纷纭，莫衷一是。其中一种说法便认为是反物质引起的“湮灭”现象。因为这种能级的爆炸除非是流星或陨石坠落，否则无法解释，而那里却没有任何陨石碎块。
另一次“世纪之谜”发生在1979年9月22日，美国的一颗卫星拍摄了发生在西非沿海一带的酷似强烈爆炸的照片，经分析，它的强度相当于一次核爆炸。当时，只有美、苏、英等少数几个国家拥有核武器，谁会到如此遥远的地方进行核试验呢？对坚持通古斯大爆炸是反物质“湮灭”现象的科学家来说，又多了一个论据。
第三次“世纪之谜”发生于1984年4月29日晚10点。当时，一架日本班机飞抵美国阿拉斯加上空，副机长突然发现，飞机前方突然出现了一团巨大的“蘑菇云”，急速向四周扩散……在这条航线上飞行的其他三架飞机的机长也同时看到了这一怪象。然而，这四架飞机降落后，机上人员和飞机机体上并没有发现任何放射性污染的痕迹。
[钱江晚报]