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神奇的反物质
生态03级张文杰 031403008
人类对物质世界地认识
人类很早就开始考虑什么是物质了。
在东方的中国哲人老子《道德经》里所说:
“道生一,一生二,二生三,三生万物。”这是朴素唯物对我们这个物质世界的认识。
另一方面,在西方的古希腊人也就认为水、火、空气和泥土是构成物质的基本元素。
而时至今日,人类已经发现,物质由分子和原子组成,原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成。再往下划分,物质又可以分成强子——由夸克组成, 包括上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克;轻子——包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子;还有传播子——传递强作用的各种胶子。物质组成的研究,帮助人们重新认识了物质的世界,也帮助人们认清了物质之间的各种相互作用。
那么我们认识的世界果真就是这样吗?科学家们并没有停止在对我们一致的物质世界的认知这个层次上。他们开始了新的思考。
人类对反物质的思索
当你照镜子时,看一看在镜子中的那个你,如果那个镜子里的家伙真的存在,并出现在你的面前,会怎么样呢?
科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜子中的那个你叫做“反你”。他们甚至想象很远的地方有一个和我们现在的世界很象的世界,或者说是我们的世界在镜子里的像。它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。但是反物质是什么,这一切又可能是真实的吗?
什么是反物质
目前我们认识的物质是由分子和原子组成,而原子又是由带负电的电子和带正电的原子核组成。如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子,那又是什么呢?这就是反原子,而由反原子组成的就是反物质。
那么我们会问,物质和反物质在物理性质上有什么不同?他们如果相遇会爆产生什么现象?为了回答这个问题,还是让我们先来看看什么是反物质。
宇宙之奇——反物质
反物质的组成
正电子——带有一个正电荷而不是带有一个负电荷的电子。由Carl Anderson 在1932年发现,正电子是反物质存在的第一个证据。
反核子——带有一个负电荷而不是通常带有一个正电荷的核子。由研究者们在1955年的伯克利质子加速器上产生了一个反质子.
反原子——正电子和反质子组合在一起,由CERN的科学家制造出第一个反质子(CERN是欧洲核子研究中心的简称)。共制造了九个反氢原子,每一个的生命只有40纳秒。到1998年CERN的研究者把反氢原子的产量增加到了每小时2000个。
物理学家安德森
1932年美国物理学家安德森(Carl David Anderson)在宇宙线实验中观察到高能光子穿过重原子核附近时,可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有的是单位正电荷的粒子,从而发现了正电子,,正负电荷具有对称性.
    所有的粒子都有相应的反粒子。反粒子组成的世界就是反物质世界。大爆炸后应该产生同等量的粒子和反粒子,物质和反物质,可是我们观察到的物质要大大多于反物质。
“湮灭”现象
现在我们来看看刚才提出的那个问题。当反物质和物质相遇的时候,这些等价但是相反的粒子碰撞产生爆炸,放射出纯的射线,这些射线以光速穿过爆炸点。这些产生爆炸的粒子被完全消灭,只留下其它亚原子粒子。物质和反物质相遇所产生的爆炸把两种粒子的质量转换成能量。科学家们相信这种方法产生的能量比任何其它推进方法产生的能量强的多。
对“湮灭”现象的思考
如果是这样的话,那么我们能不能建一个物质——反物质反应机呢?建造反物质推进机的困难之处在于宇宙中反物质的缺乏。如果宇宙中存在相等数量的物质和反物质,我们将可能看到围绕我们的这些反应。如果我们的周围并不存在反物质,我们也不会看到物质和反物质碰撞所产生的光。那么究竟我们周围又没有反物质呢?