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1995年欧洲核子研究中心的科学家在实验室中制造出了世界上第一批反物质——反氢原子。1996年,美国的费米国立加速器实验室成功制造出7个反氢原子。
1997年4月,美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星发现,在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源,它喷射出的反物质形成了一个高达2940光年的“反物质喷泉”。由于我国参与了这项研究,因此新闻媒体曾热心地宣传过它。美国着名华裔科学家丁肇中也正致力于此。
1998年6月2日,美国发现号航天飞机携带阿尔法磁谱仪发射升空。阿尔法磁谱仪是专门设计用来寻找宇宙中的反物质的仪器。然而这次飞行并没有发现反物质,但采集了大量富有价值的数据。
2000年9月18日,欧洲核子研究中心宣布他们已经成功制造出约5万个低能状态的反氢原子,这是人类首次在实验室条件下制造出大批量的反物质。
如果相信宇宙中有等量的物质和反物质,那么在三千万光年之外应有大范围的反星系区存在。在那里,原始的宇宙射线应是由反质子和反α粒子组成的。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷,气体的密度约只有每立方米一个质子的质量。因此反原子核可自由地飞行很长的距离。这样,放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是阿尔法磁谱仪计划的基本想法。
上面已提到,实际测到的并不只是原始的射线粒子,它也包含由中途碰撞产生的次级粒子。因此当我们从宇宙射线中发现了反质子,它并不说明远处一定有反物质天体区存在。这些反质子完全可能是次级产生的。反原子核就不一样。它是由若干个反核子结合而成的复合体,所以不可能是碰撞产生的次级粒子。因此,如果能从宇宙射线中观测到那怕只有一个反α粒子,它将是有力的证据,表明远处有反物质天体存在。阿尔法磁谱仪能同时准确地测定飞入仪器的粒子的质量和电荷。当太空中有反α粒子飞入磁谱仪,它是容易被分辨出来的。这正是设计者所期望的事。阿尔法磁谱仪于2011年升空,它接收到的信息正在陆续送回,其结果无疑非常令人关注。
若阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在,那它肯定是一个里程碑式的成果。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体,更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中,正反粒子必是混合的。按现有的物理理论,没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离。因此,如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质,物理学将需要突破性的变化。
宇宙中果真存在神秘的反物质,它们在哪里?记者从中科院高能物理所了解到,为解开这个世纪之谜,华夏和意大利在西藏海拔4300米的羊八井地区,将建成世界上第一个1万平方米“地毯”式粒子探测阵列实验站,用以接收来自宇宙的高能射线和反物质粒子。
据高能物理所天体宇宙实验室研究员卢红博士介绍,宇宙高能射线是人类能获得的惟一来自太阳系以外的物质样本。长期以来,它一直是科学家探索宇宙奥秘的研究对象。自从宇宙大爆炸理论出现后,科学家又一直致力于从宇宙射线中找到猜想中的神秘的反物质。但迄今为止,科学家们都未能找到反物质的踪迹。
据了解,华夏和意大利科学家已在羊八井地区设置了分散的外观如蜂箱的粒子探测器,开展了宇宙射线的研究先后接收到了正电子、μ子、л介子等高能粒子。而改建新的“地毯”式探测阵列,除了面积更大,还由于它是由玻璃板一样的方形平板组成,可以像铺地毯一样拼接而几乎没有缝隙,弥补了过去间距过大,丢失信息的缺点。
容纳粒子探测陈列的一万平方米的实验厅已于6月完工。华意两国科学家正在铺设“地毯”,铺设和调试工作大约需要两年时间。据悉,此项世界上海拔最高的科学工程,已得到华意两国政府的约8000万元人民币的支持。
欧洲原子研究中心的科学家们在欧洲当地时间的2010年11月17日表示,通过大型强子对撞机,他们已经俘获了少量的“反物质”。当然,这些“反物质”只是少量的反氢原子而已,但这一发现也是引发了科学家极大的反响。
位于日内瓦的欧洲核子研究中心一直以来也在为破解这一难题而不懈的努力。欧洲核子研究中心拥有世界上能量最高的粒子对撞机——大型强子对撞机,这一对撞机的使命就是探究宇宙的起源,寻找那些未经证实的可能存在的物理现象。
在17日研究人员宣布,在经过了不懈的努力之后,大型强子对撞机终于发现了几十个氢原子的‘反物质’。罗布汤普森教授表示:“尽管发现的只是反物质的冰山一角,但这毫不影响这一发现的重要性,这是一次重大的突破,有利于我们更好的了解宇宙的性质和起源”。
罗布汤普森教授说的没错,反物质的发现将会引领人类的变革,使得人类的星际旅行之梦将成为现实。此前在大量的科幻小说中,用于星际旅行的飞船都是以反物质作为燃料的。举个最简单的例子,如果想把人类送上火星,那需要千万吨以上的化学原料,而如果是以反物质为燃料的话,仅需要几十毫克,同时时间也大为缩短,只需要6周的时间就可以到达。
这项新的研究将会发表在《自然》杂志上,同时还包括了欧洲核子研究中心专家在此过程中所起到的举足轻重的作用,以及探讨究竟这些科学发现者扮演者天使还是魔鬼的角色。来自英国的斯旺西大学的查尔顿教授最后对于这一发现做了自己的论述:“现在的宇宙基本是由普通物质所垄断,但我们必须要了解宇宙的全貌,否则我们可能身处危险之中却全然不知,氢是宇宙中最重要的元素,发现它的反物质,具有非凡的意义。”