反物質(zhì)是什么東西有什么用
反物質(zhì)是什么東西有什么用
反物質(zhì)是科學(xué)界提出的一種新型物質(zhì)，這種東西只存在于理論之中，并沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，一旦這個(gè)物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)祟惖氖澜鐚?huì)有翻天覆地的變化。下面是小編分享的反物質(zhì)的介紹，一起來(lái)看看吧。
反物質(zhì)的介紹
物理學(xué)上指反原子核由反質(zhì)子和反中子組成的帶負(fù)電荷的物質(zhì)。反核子(反質(zhì)子和反中子)組成反原子核，反原子核和正電子組成反原子，各種反原子組成各種反物質(zhì)。
是否存在反物質(zhì)
部分天文學(xué)家也認(rèn)為有存在的可能，但現(xiàn)代天文學(xué)還拿不出令人信服的證據(jù)。否定反物質(zhì)的人很多，美國(guó)宇宙學(xué)家施拉姆(Schramm)說(shuō)：“大多數(shù)理論家的直覺(jué)，不存在反物質(zhì)。這意味著如果你找到它，那是一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)，證明這些理論家都是錯(cuò)誤的。但是最大的可能是，這意味著你找不到它。”
由丁肇中主持的這項(xiàng)研究已有16個(gè)國(guó)家的科學(xué)家參與其中，投入的資金更是高達(dá)1000多億美元。許多科學(xué)家表示：只要能發(fā)現(xiàn)宇宙反物質(zhì)的存在，那么這將是當(dāng)之無(wú)愧的諾貝爾獎(jiǎng)。該探測(cè)器已于2005年發(fā)射升空并永久停留在太空，東南大學(xué)還將建立一個(gè)數(shù)據(jù)接收分析中心和培訓(xùn)中心作為配套項(xiàng)目。丁肇中認(rèn)為，如果反物質(zhì)確實(shí)存在，當(dāng)正物質(zhì)與反物質(zhì)碰撞時(shí)可以產(chǎn)生巨大的能量。他所主持的“尋找宇宙中的暗物質(zhì)和反物質(zhì)”的研究已進(jìn)行多年，已取得一些重要成果。“但是，從這一領(lǐng)域發(fā)展的歷史來(lái)看，人們要有思想準(zhǔn)備，也許我們會(huì)發(fā)現(xiàn)意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無(wú)關(guān)系。”丁肇中很慎重地表示。
反物質(zhì)實(shí)體的作用
為了打開(kāi)反物質(zhì)世界的大門，科學(xué)界于1957年動(dòng)員了千軍萬(wàn)馬，耗費(fèi)巨資建立了大型加速器，成功地捕獲了反質(zhì)子和反中子。1995年9月，科學(xué)家又成功地研制出反質(zhì)子的原子——反氫原子，從而使人們看到了利用反物質(zhì)的曙光。
反物質(zhì)可能是最理想的宇宙飛船能源。
最近，一份反物質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告指出：當(dāng)1克反物質(zhì)與1克正物質(zhì)相互碰撞而發(fā)生湮滅時(shí)，能釋放出巨大能量。據(jù)計(jì)算，一粒鹽粒大小的10毫克反質(zhì)子便可產(chǎn)生相當(dāng)于200噸化學(xué)燃料的推進(jìn)能量。由此看來(lái)，反物質(zhì)是最理想的宇宙飛船能源。
自20世紀(jì)60年代人類進(jìn)入太空后，征服太陽(yáng)系和進(jìn)軍銀河系便成為人類一個(gè)壯麗的目標(biāo)。但是，宇宙飛船要在茫茫太空中成年累月地翱翔。燃料是個(gè)大問(wèn)題。要在飛船有限的空間內(nèi)裝載維持長(zhǎng)時(shí)間飛行的燃料，只有反物質(zhì)才能解決問(wèn)題。
反物質(zhì)在醫(yī)學(xué)上也能一顯身手。由于反質(zhì)子能量釋放的速度和從體內(nèi)逸出_的速度可以人為控制，且對(duì)人體無(wú)害，因此，用反質(zhì)子產(chǎn)生的光束代替X射線治療癌癥，能精確擊中腫瘤，大大減輕對(duì)周圍正常組織的損害程度。
征服太陽(yáng)系和進(jìn)軍銀河系便成為人類一個(gè)壯麗的目標(biāo)
但是，除了實(shí)驗(yàn)室里的反粒子，人類還從未見(jiàn)到反物質(zhì)實(shí)體。盡管有許多大膽美好的設(shè)想，可由于正、反物質(zhì)水火不容，目前想得到1克反物質(zhì)用以研究確實(shí)不是件容易的事。
此外，即使人類制造出反物質(zhì)，如何貯存和運(yùn)輸也是一大疑難。對(duì)此科學(xué)家已提出兩種方法：
一是超導(dǎo)貯存，即利用超導(dǎo)磁懸浮原理，使反物質(zhì)不與正物質(zhì)接觸。
二是捕捉等離子體的“真空瓶”，即讓反粒子以光的速度在瓶子內(nèi)自旋，并有—個(gè)防止反粒子碰撞瓶壁的強(qiáng)大磁場(chǎng)緊緊箍住這些反粒子。這些設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)，也許需要新一代科學(xué)家去努力。
反物質(zhì)的主要概念
正電子、負(fù)質(zhì)子都是反粒子，它們跟通常所說(shuō)的電子、質(zhì)子相比較，電量相等但電性相反?？茖W(xué)家設(shè)想在宇宙中可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)，也就是反物質(zhì)。
電子和反電子的質(zhì)量相同，但有相反的電荷。質(zhì)子與反質(zhì)子也是這樣。那么中子與反中子的性質(zhì)有什么差別?其實(shí)粒子實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，粒子與反粒子不僅電荷相反，其他一切可以相反的性質(zhì)也都相反。這里我們討論一下重子數(shù)的概念。
質(zhì)子與中子被統(tǒng)稱為核子。人們從核現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子能轉(zhuǎn)化為中子，中子也能轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，但在轉(zhuǎn)化前后，系統(tǒng)的總核子數(shù)是不變的。例如：在發(fā)生β衰變時(shí)，放出正電子的稱為“正β衰變”，放出電子的稱為“負(fù)β衰變”。在正β衰變中，核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，同時(shí)釋放一個(gè)正電子和一個(gè)中微子;在負(fù)β衰變中，核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)釋放一個(gè)電子和一個(gè)反中微子。此外電子俘獲也是β衰變的一種，稱為電子俘獲β衰變。
50年代起的粒子實(shí)驗(yàn)表明，還有很多種比核子重的粒子，它們與核子也屬同一類，這類粒子于是被改稱為重子，核子僅是其最輕的代表，一般的規(guī)律是：當(dāng)粒子通過(guò)相互作用而發(fā)生轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)中的重子個(gè)數(shù)是不會(huì)改變的。
由于重子數(shù)的守恒性，兩個(gè)質(zhì)子相碰是不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)包含三個(gè)重子的系統(tǒng)的，那么反核子應(yīng)當(dāng)怎么產(chǎn)生?實(shí)驗(yàn)表明，反核子總是在碰撞中與核子成對(duì)地產(chǎn)生的。例如 p+p → N+N+N+N'+若干 π介子，其中N代表質(zhì)子或中子，N'代表反質(zhì)子或反中子。反核子一旦產(chǎn)生，它常很快與周圍的某個(gè)核子再相碰而成對(duì)地湮滅。例如
N+N' → 若干 π介子。按照這種說(shuō)法推論，在宇宙的某個(gè)地方，一定存在著反物質(zhì)世界。如果反物質(zhì)世界真的存在的話，那么，它只有不與物質(zhì)會(huì)合才能存在。可物質(zhì)與反物質(zhì)怎樣才能不會(huì)合?反物質(zhì)在宇宙何方?這還是待解之迷。
對(duì)于比核子更重的重子，情況完全一樣。反重子也總是與重子成對(duì)地產(chǎn)生，成對(duì)地湮滅的。這些經(jīng)驗(yàn)使人們認(rèn)識(shí)到，重子數(shù)的守恒規(guī)律需要重新認(rèn)識(shí)。人們把重子數(shù)B當(dāng)作描述粒子性質(zhì)的一種電荷。正反重子不僅有相反的電荷，而且也有相反的重子數(shù)B。令任一個(gè)重子都具有重子數(shù)B=+1，則任一個(gè)反重子都具有B=-1。介子、輕子和規(guī)范子等非重子不具有重子數(shù)，即它們有B=0。重子數(shù)的守恒規(guī)律可表述為：任何粒子反應(yīng)都不會(huì)改變系統(tǒng)的總重子數(shù)B。這表述既反映了不涉及反粒子時(shí)的重子個(gè)數(shù)不變，也概括了反粒子與粒子的成對(duì)產(chǎn)生和湮滅。我們?nèi)菀桌斫庵凶雍头粗凶拥膮^(qū)別了，它們具有相反的重子數(shù)B，因此反中子能與核子相碰導(dǎo)致湮滅，而中子則不能。
此外，人們還類似地發(fā)現(xiàn)了輕子數(shù)的守恒性。中微子雖不帶電，也不具有重子數(shù)，但它與反中微子具有相反的輕子數(shù)。按輕子數(shù)的守恒性，中微子與反中微子的物理行為也是很不一樣的，實(shí)驗(yàn)還表明，介子數(shù)和規(guī)范粒子數(shù)是不具有守恒性的。這樣我們看到，電荷只是粒子的一種屬性，另外還有用重子數(shù)和輕子數(shù)等物理量刻畫的其他屬性。正反粒子的這些屬性也都是相反的。1928年，英國(guó)青年物理學(xué)家狄拉克從理論上首次論證了正電子的存在。這種正電子除了電性和電子相反外，一切性質(zhì)和電子相同。1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德遜在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了狄拉克所預(yù)言的正電子。1955年，美國(guó)物理學(xué)家西格雷等人用人工的方法獲得了反質(zhì)子。此后人們逐漸認(rèn)識(shí)到，不僅質(zhì)子和電子，所有的微觀粒子都有各自的反粒子。
這一系列科學(xué)成果使人們?nèi)諠u接近反物質(zhì)世界。然而問(wèn)題并不那么簡(jiǎn)單。首先，在地球上很難發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)。因?yàn)榱Ｗ优c反粒子碰到一起，就像冰塊遇上火球一樣，或者一起消失，或者轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌Ｗ?。所以在地球上，反物質(zhì)一旦碰上其它物質(zhì)就會(huì)被兼并掉。其次，制造反物質(zhì)相當(dāng)困難而且耗費(fèi)巨大，需要如SSC或LHC之類的高科技儀器，并且即使制造出反物質(zhì)，也難以保存，因?yàn)榈厍蛏先f(wàn)物都由物質(zhì)構(gòu)成。
我們周圍的宏觀物質(zhì)主要由重子數(shù)為正的質(zhì)子和中子所組成。因此，這樣的物質(zhì)被稱為正物質(zhì)，由他們的反粒子組成的物質(zhì)相應(yīng)地叫反物質(zhì)。從粒子物理的角度講，正粒子和反粒子的性質(zhì)幾乎完全對(duì)稱，那么為什么自然界有大量的正物質(zhì)，而卻幾乎沒(méi)有反物質(zhì)呢?這正是我們要討論的問(wèn)題。
反物質(zhì)就是正常物質(zhì)的鏡像，正常原子由帶正電荷的原子核構(gòu)成，核外則是帶負(fù)電荷的電子。但是，反物質(zhì)的構(gòu)成卻完全相反，它們擁有帶正電荷的電子和帶負(fù)電荷的原子核。從根本上說(shuō)，反物質(zhì)就是物質(zhì)的一種倒轉(zhuǎn)的表現(xiàn)形式。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)根據(jù)相對(duì)論預(yù)言過(guò)反物質(zhì)的存在：“對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為m，所帶電荷為e的物質(zhì)，一定存在一個(gè)質(zhì)量為m，所帶電荷為-e的物質(zhì)(即反物質(zhì))”。按照物理學(xué)家假想，宇宙誕生之初曾經(jīng)產(chǎn)生等量的物質(zhì)與反物質(zhì)，而兩者一旦接觸便會(huì)相互湮滅抵消，發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量。然而，出于某種原因，當(dāng)今世界主要由物質(zhì)構(gòu)成，反物質(zhì)似乎壓根不存在于自然界。正反物質(zhì)的不對(duì)稱疑難，是物理學(xué)界所面臨的一大挑戰(zhàn)。
猜你感興趣：
4.什么是反向鏈接