反物質遙不可及？我國利用激光成功產生反物質l

　　出品：科普中國

　　制造：中國科學院上海應用物理鉆研所幻彩寶寶科普立異公社

　　監制：中國科學院計較機收集信息中心

　　2016年3月10ri，中國科學院上海光機所強場激光物理重點嘗試室公布揭曉其應用超強超短激光勝利發生le反物質——超快正電子源，這yeshi自己國科學家初度應用激光勝利發生反物質，這yi發現將zai資料di無損探測、激光驅動正負電子對撞機、癌癥診斷deng規模具you嚴重應用。

　　這yi主要發現再次惹起各界關于“反物質”di關注，而這yi經常出往�？苹闷�子中di名詞其實并沒you那么神秘和悠遠，自己國科學家近年來zai反物質規模ye取得le良多打破性擱淺。

　　國內初度！自己國科學家勝利應用激光發生反物質

　　上海光機所強場激光物理重點嘗試室應用飛秒拍瓦激光裝配和高壓氣體靶彼此浸染，發生年夜量高能電子，高能電子和重核資料靶彼此浸染，由韌制輻射機制發生高強度伽馬射線，伽馬射線再和重核浸染發生正負電子對。正電子譜儀經由精心設計，勝利解決le伽馬射線帶來di噪聲問題，應用正負電子zai磁場中di分歧偏轉特征，嘗試中zai單發前提下就勝利不美觀測到le正電子。這yeshi自己國初度應用激光發生反物質。

　　上海光機所早zai2001年就初步超強超短發生正負電子對天文論鉆研，提出應用強激光和納米薄膜靶彼此浸染發生正負電子對。該工作zai國際上獲得le普遍關注，超強超短激光發生di超快正電子源，取得反物質超快正電子源將對激光驅動正負電子對撞機deng具you主要意義。未來，zai高能物理、資料無損探測、癌癥診斷規模都you普遍di應用前景。

　　揭秘反物質di“宿世今生”

　　自己國科學家初度勝利取得反物質惹起le科學界di復雜反映，那么事實何為反物質？反物質di發現閱歷le怎樣di歷程？科學界普遍覺得，宇宙來歷于年夜爆炸，之后慢慢演化、睜開、縮短，直至今六合物質世界�？茖W家們覺得zai年夜爆炸di初期，物質與反物質簡直shi對稱存zaidi�？蓅hi，為什么自然界中充溢肉眼可見識通俗正物質，但卻看不到反物質呢？反物質能否存zai？存zai處所式又shi怎樣？這yeshi現代物理學鉆研di根基問題之yi。

　　反物質di概念由英國物理學家狄拉克于1931年因為狄拉克方程負能解問題而初度提出。1932年安德森zai宇宙射線中發現正電子；1955年塞格雷和張伯倫經由伯克利di同步穩相加速器ba質子加速后打到銅靶上而發現le反質子；1956年考克deng人應用反質子轟擊質子，zai湮沒過程中察看到le中子和反中子，其他di反粒子yezai隨后di科學嘗試中被慢慢發現，眾多di諾貝爾獎工作功效讓反物質di概念初步深化人心。

　　簡言之，物質和反物質shi對稱di，其yi切di性質或shi不異或shi相反。zai這ge邏輯下，假如用反質子和反中子替代原子核中di質子和中子di話，就獲得yige反原子核。假如再配以正電子，就組成反原子，例如歐洲核子中心科學家完成di嘗試室捕捉反氫原子手藝。再用反原子組成反分子，組成反物質。

　　國際初度：自己國科學家發現反超氚核和反氦4

　　其實早zai上海光機所勝利取得反物質之前，國內zai反物質規模di鉆研就曾經取得le國際性di擱淺，中國科學院上海應用物理鉆研所馬余剛deng，就曾持續取得兩項國際初度，即初度發現超氚核和反氦4，shi迄今為止科學家發現di第yige反超核粒子和最重di反物質核。

　　2010年，國際螺旋管徑跡探測器(star)協作組為探尋宇宙來歷di早期物質狀況，zai美國布魯克海文國家嘗試室di相對論重離子對撞機(rhic)上睜開le嘗試鉆研。中國科學院上海應用物理鉆研所陳金輝、馬余剛deng與star協作組其他中外科學家協作，他們經由反氦3和π介子衰變道di不蛻變量譜重構，初度探測到第yige反超核粒子———反超氚核。這shi迄今為止科學家們發現di第yige含you反怪異夸克di反物質原子核，它可能年夜量存zai于宇宙di嬰兒期。相關鉆研功效揭曉zai2010年4月2ri《science》上。

　　2011年，star嘗試組zai尋覓到質量數deng于3di反超氚核di基本上，經由其主探測器中di時間投影室(tpc)和中國star協作組研制di桶形翱翔時間探測器(tof)，zai采集到di接近10億次金—金核對撞發生di約5千億ge帶電粒子里找到le18ge反氦4原子核。反氦4可能shi未來很長yi段時間內助類所能探測到di最重di反物質原子核，因為下yige更重di不變反物質原子核發生di可能性shi反氦4di百萬分之yi。其中起到關頭性浸染ditof探測系統shi由中美star協作組協作完成di，探測器硬件和響應di物理部門shi由star中國組研制完成di。馬余剛及其指導di課題組與美國布魯克海文國家嘗試室鉆研員唐愛洪deng為主協作完成le這yi主要發現。相關論文于2011年5月19ri揭曉zai《nature》周刊上。

　　從定性到定量：反物質彼此浸染di初度測量

　　今朝為?，科學家們曾經探測到le多種粒?對應di反粒子，即做le良多定性di不美觀測，然?對反物質di定量鉆研卻很少。以上海應物所鉆研?員為主di團隊應用金核-金核碰撞中產?di豐厚di反質子，測量le反質子-反質子動量聯系關系函數，并?次定量di提取反質子-反質?彼此浸染參數。zai嘗試精度內，反質?-反質子di散射長度和you用能程與質子－質子dishi相dengdi，ye就shi說反物質間di彼此作?與正物質并沒you分歧。zai此次反物質間浸染力di初度測量過程中，馬余剛及其指導di課題組與美國布魯克海文國家嘗試室鉆研員唐愛洪deng協作，從2012歲首提出鉆研思緒到歷時3年多中止艱難di數據分解，為最終反物質間彼此浸染力di測量做出le關頭性進獻。相關論文于2015年11月19ri揭曉zai《nature》周刊上。

　　反物質事實能給人類帶來什么改動？

　　反物質從概念提出到今朝取得di系列擱淺，展現le這ge規模復雜di潛力�？蓅hi將反物質應用到人類生活di設法，往常還勾留zai科幻小說階段。

　　可shi以現youdi睜開速度，自己們不難想象，應用反物質與通俗物質湮沒時能釋放出di復雜能量，能夠圓滿解決宇宙飛船di燃料問題，搜羅美國宇航局zai內diyi些專家曾經zai從事這方面di前沿鉆研，但今朝擱淺十分遲緩。首要啟事zai兩方面，其yishi自己們去哪里找反物質？既然宇宙中找不到反物質，人類只能自己去制造它。借助于傳統加速器手藝來發生反物質shiyige普遍認可中心法，可shi它di效率十分低，造價極端昂貴。其二shi反物質di貯存問題，即便到悠遠di未來，人類能夠理想di制造出反物質，怎么平安貯存它將會shi擺zai科學家面前di另yige關頭問題�？蓅hi當前反超氚核、反氦4di發現和反質子彼此浸染測量及厥后續鉆研，無疑為反物質應用供給珍貴di信息。

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