什么是反物质

如题所述

反物质是物质的镜像。物质由原子组成,原子又由质子、中子和电子组成。质子带正电,电子带...通常物质中没有发现过反物质,即使在实验条件下,反质子也一瞬即逝。

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?

对于“反物质是什么”这个问题,并没有恶作剧的意味。反物质正如你所想象的样子——是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分。直到最近,宇宙中反物质的存在还被认为是理论上的。在1928年,英国物理学家PaulA.M.Dirac修改了爱因斯坦著名的质能方程(E=mc2)。Dirac说爱因斯坦在质能方程中并没有考虑“m”——质量——除了正的属性外还有负属性。Dirac的方程(E=+或者-mc2)允许宇宙中存在反粒子。而且科学家们也已经证明了几种反粒子的存在。这些反粒子,顾名思义,是一般物质的镜像。每种反粒子和与它相应的粒子有相同的质量,但是电荷相反。以下是20世纪发现的一些反粒子。

正电子——带有一个负电荷而不是带有一个正电荷的电子。由CarlAnderson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。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。 所以,为什么我们不能建一个物质——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。既然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。

在大爆炸产生时粒子数超过反粒子数是可能的。如上所述,粒子和反粒子的碰撞把两者都破坏掉了。并且因为开始的时候有更多的粒子存在,所以现在的粒子是所有留下来的那些。今天在我们的宇宙中可能已经没有留下任何天然的反粒子。但是,在1977年科学家们发现在银河系中心附近有一个可能的反物质源。如果那个地方真的存在,也意味着存在天然的反物质,所以我们将不再需要制造反物质。

但是目前,我们将不得不创造我们自己的反物质。幸运的是,通过使用高能粒子对撞机(也叫做离子加速器)这种技术制造反物质是可行的。离子加速器,象CERN,是沿很强的环绕的超磁场排列的一些巨大的隧道,超磁场可以使原子以接近光速的速度推进。当原子通过加速器出来时,它轰击目标,创造出粒子。这些粒子中的一些就是用磁场分离的反粒子。这些高能离子加速器每年只能产生几个毫微克的反核子。一毫微克是一克的十亿分之一。所有一年之内在CERN产生的反核子只够一个100瓦的电灯泡亮3秒钟。如果要用反核子进行星际旅行将需要消耗几吨才能实现。
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第1个回答  2019-07-18

反物质和我们已知宇宙的中所有物质的电子、质子相比较,电量相等但电性相反。当反物质和正物质相遇后会怎样?他们会毁灭对方,两个粒子会消失,他们的质量会完全转化,成为某种高能的作用力携带粒子,比如光子或胶子。我们把这一个过程叫做“湮灭”。

第2个回答  2019-11-06
反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时,镜中的那个你如果真的存在,并出现在你面前,会怎么样呢?科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界,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。反物质正是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分。
粒子物理中的反物质概念
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我们知道,把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源,它们都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子,意指它们是构造世上万物的基本砖块,事实上基本粒子世界并没有这么简单。在30年代初,就有人发现了带正电的电子,这是人们认识反物质的第一步。到了50年代,随着反质子和反中子的发现,人们开始明确地意识到,任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。
电子和反电子的质量相同,但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别?其实粒子实验已证实,粒子与反粒子不仅电荷相反,其他一切可以相反的性质也都相反。这里我们讨论一下重子数的概念。
质子与中子被统称为核子。人们从核现象的研究发现,质子能转化为中子,中子也能转化为质子,但在转化前后,系统的总核子数是不变的。50年代起的粒子实验表明,还有很多种比核子重的粒子,它们与核子也属同一类,这类粒子于是被改称为重子,核子仅是其最轻的代表,一般的规律是:当粒子通过相互作用而发生转化,系统中的重子个数是不会改变的。
由于重子数的守恒性,两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子的系统的,那么反核子应当怎么产生?实验表明,反核子总是在碰撞中与核子成对地产生的。例如
p+p

N+N+N+N'+若干
π介子
其中N代表质子或中子,N'代表反质子或反中子。反核子一旦产生,它常很快与周围的某个核子再相碰而咸对地湮灭。例如
N+N'

若干
π介子
对于比核子更重的重子,情况完全一样。反重子也总是与重子成对地产生,成对地湮灭的。这些经验使人们认识到,重子数的守恒规律需要重新认识。
现在人们把重子数B当作描述粒子性质的一种荷。正反重子不仅有相反的电荷,而且也有相反的重子数B。令任一个重子都具有重子数B=+1,则任一个反重子都具有B=-1。介子、轻子和规范子等非重子不具有重子数,即它们有B=0。重子数的守恒规律可表述为:任何粒子反应都不会改变系统的总重子数B。这表述既反映了不涉及反粒子时的重子个数不变,也概括了反粒子与粒子的成对产生和湮灭。现在我们容易理解中子和反中子的区别了,它们具有相反的重子数B,因此反中子能与核子相碰导致湮灭,而中子则不能。
此外,人们还类似地发现了轻子数的守恒性。中微子虽不带电,也不具有重子数,但它与反中微子具有相反的轻子数。按轻子数的守恒性,中微子与反中微子的物理行为也是很不一样的,实验还表明,介子数和规范粒子数是不具有守恒性的。这样我们看到,电荷只是粒子的一种属性,另外还有用重子数和轻子数等物理量刻画的其他属性。正反粒子的这些属性也都是相反的。
1928年,英国青年物理学家狄拉克从理论上首次论证了正电子的存在。这种正电子除了电性和电子相反外,一切性质和电子相同。1932年,美国物理学家安德逊在实验室中发现了狄拉克所预言的正电子。1955年,美国物理学家西格雷等人用人工的方法获得了反质子。此后人们逐渐认识到,不仅质子和电子,所有的微观粒子都有各自的反粒子。
这一系列科学成果使人们日渐接近反物质世界。然而问题并不那么简单。首先,在地球上很难发现反物质。因为粒子与反粒子碰到一起,就像冰块遇上火球一样,或者一起消失,或者转变为其他粒子。所以在地球上,反物质一旦碰上其它物质就会被兼并掉。其次,制造反物质相当困难而且耗费巨大,需要如SSC或LHC之类的高科技仪器,并且即使制造出反物质,也难以保存,因为地球上万物都有物质构成。
我们周围的宏观物质主要由重子数为正的质子和中子所组成。因此,这样的物质被称为正物质,由他们的反粒子组成的物质相应地叫反物质。从粒子物理的角度讲,正粒子和反拉子的性质几乎完全对称,那么为什么自然界有大量的正物质,而却几乎没有反物质呢?这正是我们现在要讨论的问题。
第3个回答  2005-09-12
真不好随便定义:带有正电荷的电子、带有负电荷的质子都属于反物质...

狄拉克方程中的解,进而在宇宙射线中发现得到证实...
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楼上厉害,不到12秒,就有答案...而且资料那么完备...佩服!
第4个回答  2020-08-23

反物质是什么?