地球上的万物均由原子构成,原子由原子核和核外电子构成,原子核则由质子和中子构成。一般而言,构成原子核的电子带负电,质子带正电,中子为中性。
不过构成物质的这些粒子的电荷属性并非一成不变,比如电子和质子均存在反粒子。电子带负电,如果电子带正电荷则被称作正电子或者反电子。同理,质子的反粒子就是携带负电荷的负质子,也被叫做反质子。
反粒子这个概念是1922年著名理论物理学家狄拉克在其预测正电子存在的理论中提出来的,1932年被安德森实验发现而证实。其实,任何粒子均存在对应的反粒子。除了一小部分粒子的反粒子就是其本身以外,大多数情况下,每种粒子均对应着电荷相反的反粒子。
那中子也存在反粒子吗?是的,中子也有,但并不是它本身。有些人可能奇怪,中子不是电中性吗,不是它本身那是啥?其实质子、中子都是复合粒子,这类粒子被称作强子,它们都是由夸克构成的。因此中子和反中子本质上是存在区别的,因为反中子是由3个带有分数电荷的反夸克构成的。
由反粒子构成的反原子组成的物质就是反物质,而由反物质构成的世界被称作反世界。为什么我们这个世界几乎是由普通物质构成的,而不是由反物质构成的,科学家推测这可能是因为宇宙诞生之初普通物质比反物质多了那么一点点导致的。
人类目前梦寐以求的可控核聚变,反应后仅有0.7%的物质会转化为能量,而正反物质相遇会发生湮灭反应,这种反应会将物质百分百转化为能量。因此反物质能也被科学家称作宇宙间的终极能源之一,许多科幻作品中的宇宙飞船就是利用反物质能进行推进,从而达到极快的速度。如果反物质被制成武器,威力将比核武器更恐怖。
不过人类目前虽在自然界中发现反粒子的存在,但由反粒子构成的物质却并没有发现。而科学家目前在实验室中耗费巨大的代价也仅能制备出极少量的反粒子,因此短期来看,人类还无法利用反物质能。
那么反物质是否存在反重力现象呢?反重力是物理学上的一种猜测,它是从牛顿的万有引力理论中衍生出来的一种概念。理论上而言,如果物质具有反重力或者说反引力属性,那么它就可以不受引力的影响,可以无需任何能量、任何外力的支持便能悬浮在空中。
其实,科学界很早便认为反物质并不存在反重力现象,只不过一直未获得可靠的实验验证。不过现在它来了!据欧洲核子研究中心公布的消息,科学家首次观测到反粒子在地球重力的作用下而向下坠落的现象,实验结果明确排除了重力向上排斥反物质的可能性。相关研究结果已经发表在了著名国际科学期刊《自然》杂志上。
欧洲核子研究中心对反物质的研究比较深入,早在上世纪90年代,欧洲核子研究中心的科学家们便首次人工制造出了全球第一个反物质原子——反氢原子。
据悉,为研究重力对反物质的影响,欧洲核子研究中心的一个科研团队构建了一个高25厘米的特殊瓶子,其顶部和底部装有磁铁,以便控制反氢原子。科学家们将约100个非常冷的反氢原子放入瓶中,当他们降低两块磁铁的磁场强度时,反氢粒子会失去约束从瓶子的两端逃逸,之后科学家们计算了瓶子两端湮灭的反物质数量,结果显示大约80%的反氢原子是从底部逃逸的,这一比例与瓶子里装有普通氢原子时发生的情况相差无几。
反物质在宇宙自然界客观存在吗?谁见过反物质?龚木益