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中性反物质

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  • 抓住“反物质”

    CERN科学家捕获反氢原子抓住“反物质”欧洲核子研究中心(CERN)是一个庞大的科研机构,除了LHC的相关实验之外,还有上百个实验在同时进行,而大部分的实验,最终的目的都是一个:解开宇宙起源之谜。我们知道建造LHC的最主要目的是为了寻找闻名却未见的希格斯子,但CERN还有很多其他的事情要做。比如说按照现行理论,宇宙大爆炸时同时出现了物质和反物质,但是两者却无法共存,但为什么今天的宇宙只有物质但没有反物质呢?反物质到底是什么东西?随着技术的进步,这也成了物理界越来越引人注意的话题。11月底,CERN发布的一个突破性消息引起了人们的广泛关注。反氢激光物理设备(ALPHA)坐落于CERN的主楼群,仅有40位科学家为此工作。正是他们首次长时间捕捉到了反物质。尽管这个发现借用了LHC的成果,但其实验和LHC的思想完全相反,不是加速,而是“减速”。对称定律解释世界和其它物理界的发现一样,反物质首先也是“思想实验”。早在79年前,英国物理学家狄拉克就试图把量子理论和狭义相对论结合在一起。这是两个互不兼容的基本物理理论。狄拉克发现,反物质必定存在。1932年,人们在实验中寻找到了狄拉克设想的正电子,其质量、带电量与电子完全相同,只不过它带的是正电(电子带负电荷)。随后,人们逐渐发现了各种基本粒子对应的反物质。“反物质就像是物质在镜子中的像。它和对应基本粒子的质量完全一样,却具有相反的其他量子性质。”ALPHA实验发言人杰弗瑞(Jeffrey Hangst)在接受本报记者采访时说,“质子带正电,反质子带负电;电子带负电,正电子带正电……”按照目前解释微观世界最好的理论模型,宇宙大爆炸时,同时产生了物质和反物质。今天,NASA的天文学家们也观察到,在遥远的宇宙区域———也就是我们所能看到的早期的宇宙,似乎存在物质和反物质碰撞后产生的伽玛射线踪迹。不过今天的宇宙却是由物质而非反物质组成的。“自然选择了物质,反物质似乎消失了。没有人知道为什么。”宏观世界中,很多东西都是对称的。微观世界也是这样。在“标准模型”中,有着一个对称定律,认为量子场论方程所有允许的解,都依据这个对称定律,物质所遵循的物理法则,反物质也同样遵循。这个对称定律由三个字母组成:C、P、T,它们意味着三方面的对称:电荷共轭变换、宇称(左右)、时间反演。在随后的岁月中,不少物理学家们靠研究对称性问题拿下了nbl奖。其中很多人研究的是“对称破坏”,即在一些物理过程中,一些对称性(特别是C和P的对称)被破坏了。“CP对称破坏”是描述今天宇宙中物质数量超过反物质的重要解释之一。目前,有很多科学实验都在对这个现象进行验证,希望通过反物质研究了解到对称性定律及标准模型的有效性。最冷的反物质LHC的四大探测器之一LHCb研究的主要就是反物质和对称性问题。但ALPHA实验却和LHC几乎没关系,和LHCb的实验目的和方法也截然不同。在这里科学家们同样选择了氢,氢原子和反氢原子都只有一个质子和一个电子,结构非常简单。两个反氢原子的原料分别是这么制作的,将定向质子束射向一小片铱,高能碰撞会生成反质子,再加以分阶段冷却。由放射性钠衰变产生正电子也加以冷却。“我们借用了对撞机中产生的反氢质子,所以我们还是依附于CERN的实验。但设备和实验都是我们自己设计。”杰弗瑞告诉本报记者。在ALPHA 并不大的实验室里,层层的管道连到磁场上方的探测器。在这里工作的科学家设计了一个改变速度的设备。它并不是另一个加速器,而是一个减速器。科学家将已有的反质子和正电子放在一起,令其生成反氢原子,然后让它逐渐减速,以便在一个像浴缸一样的磁场中将其“捕获”。反物质无法与物质共存,因为两者一旦接触,便会同时消失并转化为能量,转化的能量形式如光子,这个过程用术语叫做“湮灭”。该过程产生的能量十分巨大。ALPHA的实验结果却跨过了这个门槛。首先,实验必须在真空中进行,科学家设计了一个真空管道,排除了绝大部分的空气物质。反氢原子是中性的,没法通过电荷来捕获,怎么逮住它呢?杰弗瑞介绍,尽管电中性,反氢原子还是带有微弱的磁场,可以对磁场做出反应。在热力学上,温度体现的是物质粒子的动能。理论上说,如果物质粒子达到绝对零度时,它应该完全静止。所以,温度越低,粒子的速度越慢。科学家们让来自 LHC的高能反氢质子减速冷却,最后让-70℃左右的反质子束和更冷的正电子束进行对撞,一些反质子和正电子结合形成了反氢原子。如果说LHC的目的是令粒子更快、更热、更重,那这个实验中,原子则变得更冷更慢,其中速度最慢的反原子,温度仅有-272.5℃。这些超级冷的反原子,最后“陷”入了一个超导磁铁构成的“磁场缸”里。“磁场越强,抓住的反原子也越多。”杰弗瑞说。他们共运行了335次实验,由1000万个反质子和7亿个正电子结合。产生的反氢原子中,有38个被捕获。要观察被“囚”的反物质的存在,唯一的方法就是“释放”它。0.17秒后,科学家们关闭了磁场,反氢原子迅即与氢原子碰撞,湮灭无踪。探测装置及时地记录下了这38次能量爆炸。这些爆炸都发生在反氢原子和产生磁场的缸状容器壁上。反物质和物质湮灭后形成了新的粒子。实验中,新产生的粒子是名为π介子的亚原子粒子。杰弗瑞说,这是科学家第一次长时间“逮住”反物质。LHCb这样的高能粒子实验是没法捕捉反物质的,因为高能量的反粒子会迅速与实验设备相撞而消失,唯一能困住的,是低能、寒冷、运动缓慢的反粒子。反物质不会炸毁地球在高能物理的反物质实验如LHCb,主要的实验目的是寻找宇宙初期为何物质战胜了反物质而存在。另一些反物质实验,如CERN的另一实验ATHENA,主要研究反物质和引力的关系,而ALPHA的主要目的是研究标准模型是否能够同样作用于反物质。标准模型认为,反物质和物质遵循一样的物理原则,比如反粒子应该和对应的粒子一样能够吸收同样的光的颜色。因此,此次科学小组用激光照在反物质上,准备探究其是否和对应的物质一样吸收同样的光波。“到目前为止,在量子层面上,‘CPT对称定律’都表现得很好。但对于反物质,人们从来没有在原子核层面测量过其对称问题。”杰弗瑞说,“我们不知道为什么自然选择了物质而不是反物质,也不知道标准模型是否能够应用在反物质系统,或许标准模型能够在反物质中被证实,或许我们会寻找到惊喜,因为我们不知道物理会往哪儿走。”捕捉反物质的技术正在突飞猛进。杰弗瑞表示,明年年初,他们将能够捕获更多的反原子。CERN的另一个实验项目ASACUSA,最近也在他们实验的基础上,通过新技术,将反氢原子引导到一个真空管中研究飞行速度。这个实验的目的是制造足够多的反物质,研究其运动行为。即使这样,反物质的取得基本上还是只存在于实验室。79年前,狄拉克第一次提出了反物质的想法,这个名字就开始进入科幻小说。15年前,科学家制造出了反物质,但直到今天,人们才第一次较长时间捕捉到了反物质。虽然动用了大量昂贵的超导磁铁,科学家也只逮住38个反氢原子,技术之艰难可见一斑。因此,对于媒体与文艺作品描述的,将反物质作用于航空、军事等领域的设想,杰弗瑞表示这完全是天方夜谭,离科学现实还远得很。“要造出《星际迷航》或者《天使与魔鬼》中所描述的那么多反物质,我们所需要的时间甚至会超过宇宙的寿命。而且,为制造它们而消耗的能量要比它们最后产生的能量还要大。”他补充说,在小说《天使与魔鬼》中,就提到了ALPHA实验使用的低能反物质。在拍摄同名电影的时候,导演曾来CERN咨询相关科学细节,但最终还是为了保证良好的视觉效果,将故事嫁接在了LHC上———实际上,LHC是根本无法保留住反物质的。另一方面,反物质研究可以推动技术进步。今天,反物质已经在医学上的正子放射断层扫描仪(PET)中发挥作用。但真正研究反物质的目的,还在于科学追求真理的本质。“人类的好奇心永远无止境,我们想要知道宇宙爆炸时到底发生了什么。”杰弗瑞说。

  • 【资料】人类首次捕获到反物质 500克能量可超过氢弹

    导读]欧洲科学家成功制造出多个反氢原子,并使其存在了0.17秒,这是物理学界的突破性发现,也是人类首次捕获到反物质。500克反物质的破坏力可以超过世界上最大的氢弹。英国《自然》杂志网站17日刊登研究报告说,欧洲核子研究中心(CERN)的[url=http://tech.qq.com/science.htm][color=#000000]科学[/color][/url]家成功制造出多个反氢原子,并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。氢原子是只有一个质子和一个电子的最简单的原子。实际上,欧洲核子研究中心早在1995年就第一次制造出了反氢原子,但只能存在几个微秒的时间,就与周围环境中的正氢原子相碰并湮灭。此次的突破之处在于,制造出数个反氢原子后,借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0.17秒。这个时间听起来似乎仍然很短,但对于科学家来说,这个时间长度已十分难得,可以对反氢原子进行较为深入的观测和分析。因此,这一成果被看作是物理学领域的一大突破,将大大推动有关反物质的研究。反物质至今都是物理学领域的一大谜团。我们周围环境中的物质是正物质,它由原子组成,原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反,由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质。反物质只要和正物质相遇就会湮灭,因此虽然现行理论认为宇宙从大爆炸中诞生时产生了等量的正物质和反物质,但我们很难在宇宙中找到反物质。寻找和研究反物质因此也成为物理学领域的热点和难点。新华网[b]星际迷航可降“魔”在美国科幻片《星际迷航》里,宇航员把反物质用作星际飞船燃料。而在美国作家丹·布朗畅销小说《达·芬奇密码》的姊妹篇《天使与魔鬼》中,犯罪集团企图从欧洲核子研究中心盗取反物质,用以炸毁整座梵蒂冈城。反物质,正常物质的反状态,极不稳定而几乎不存在于自然界。研究人员8年前在实验室里制成反物质,但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。抓不住,便无从加以深入研究。英国《自然》杂志网站17日发布报告,欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。

  • 欧核中心研究反物质是否会下落

    新华社日内瓦4月30日电 (记者刘美辰 吴陈)欧洲核子研究中心ALPHA项目组在一份新研究报告中说,在成功“抓住”反氢原子较长时间后,他们目前正试图直接分析反物质与引力的相互作用,以确定反物质到底是向下落还是“向上落”。 与人们所熟知的物质不同,反物质的原子由带负电的质子和带正电的电子组成。据当前理论预计,氢原子和反氢原子具有相同的质量,因此它们与引力的相互作用方式也应该相同:不管是氢原子还是反氢原子,一经释放就会受到向下的作用力。但这一理论还有待实证检验。 ALPHA项目组此前用特殊磁场将反氢原子“抓住”达1000秒。然后反氢原子被释放,研究人员利用对位置敏感的湮灭探测器观察其运动轨迹,试图分析引力对被释放的反氢原子的影响。 ALPHA项目组于4月30日在英国《自然通讯》期刊上报告说,这是科研人员首次能对反物质与引力的相互作用进行直接分析。不过,他们目前还只是迈出了直接观测、分析引力如何影响反物质的第一步,因为根据现阶段的数据仍无法确认反物质在引力的作用下到底是向下落还是“向上落”。 据介绍,ALPHA实验设备升级后,明年将重新启动。届时在更多数据支持下,有望更好地直接观察反物质如何受引力作用。 项目组研究人员乔尔·法扬斯说:“如果反物质真的‘向上落’——发生这种情况的可能性不大,那么我们就不得不改变对宇宙运行方式的看法了。”

  • 欧核中心发现新的物质—反物质不对称现象

    观测到的不对称行为信号水平超过5西格玛2013年04月26日 来源: 科技日报 作者: 华凌 科技日报讯据物理学家组织网4月24日报道,欧洲核子研究中心今天在《物理评论快报》上提交了一份报告称,大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)首次在B0s粒子的衰变中观察到物质—反物质的不对称性。这是已知的第四个亚原子粒子表现出了这种行为。 LHCb是LHC上的六个探测器之一,主要目标是测量在b强子中的CP破坏和新物理。“CP”是电荷共轭(Charge conjugation) 与宇称 (Parity) 的首字母缩写组合。电荷共轭对称性通常也叫做正反粒子对称性。 多数物理学家认为,宇宙大爆炸之初是处于正反物质对称的状态。但天文观测表明,如今的宇宙却是以物质为主的。这就产生了一个问题:宇宙中的反物质到哪里去了?目前虽还没有完整的答案,但物理学家们普遍认为,CP对称性的破缺正是解决问题的关键环节之一。因为CP对称性的破缺表明物质与反物质在参与相互作用时存在着细微差别,正是这种差别,外加一些其他条件,最终导致了两者的数量差异。从这个意义上讲,我们这个五彩缤纷的物质世界,包括人类自身,都是CP对称性的细微破缺留下的遗迹。 大型强子对撞机一直在寻求粒子和反粒子行为的细微差别。其LHCb实验现已观察到B0s衰变粒子中的CP破坏,这是在2011年实验收集的数据基础上做出的分析。LHCb发言人皮耶路易吉·坎帕纳说:“在B0s粒子中发现不对称反应超过5西格玛的水平,该结果要归功于大型强子对撞机提供的大量数据和LHCb探测器对粒子的甄别能力。而在其他地方的实验还不能够积累到足够多的B0s衰变。” 在20世纪60年代,美国布鲁克海文国家实验室首次在被称为中性K介子观察到违反CP的对称性。大约40年后,日本和美国实验中在另一个粒子B0介子中发现了类似的行为。最近,在所谓的B介子工厂和欧洲核子研究中心LHCb的实验发现,B+介子也演示了CP破坏。所有这些CP破坏现象可在标准模型中占有一席之地,不过这些引人入胜的差异,还需要更详细的研究。(华凌) 《 科技日报》 2013-04-26 (二版)

  • 【分享】欧洲科学家利用对撞机 首次长时间捕捉到反物质

    【分享】欧洲科学家利用对撞机 首次长时间捕捉到反物质

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012192115_268287_2193245_3.jpg反氢原子示意图  欧洲核子研究中心(CERN)是一个庞大的科研机构,除了LHC的相关实验之外,还有上百个实验在同时进行,而大部分的实验,最终的目的都是一个:解开宇宙起源之谜。我们知道建造LHC的最主要目的是为了寻找闻名却未见的希格斯子,但CERN还有很多其他的事情要做。比如说按照现行理论,宇宙大爆炸时同时出现了物质和反物质,但是两者却无法共存,但为什么今天的宇宙只有物质但没有反物质呢?反物质到底是什么东西?随着技术的进步,这也成了物理界越来越引人注意的话题。  11月底,CERN发布的一个突破性消息引起了人们的广泛关注。反氢激光物理设备(ALPHA)坐落于CERN的主楼群,仅有40位科学家为此工作。正是他们首次长时间捕捉到了反物质。尽管这个发现借用了LHC的成果,但其实验和LHC的思想完全相反,不是加速,而是“减速”。  对称定律解释世界  和其它物理界的发现一样,反物质首先也是“思想实验”。早在79年前,英国物理学家狄拉克就试图把量子理论和狭义相对论结合在一起。这是两个互不兼容的基本物理理论。狄拉克发现,反物质必定存在。1932年,人们在实验中寻找到了狄拉克设想的正电子,其质量、带电量与电子完全相同,只不过它带的是正电(电子带负电荷)。  随后,人们逐渐发现了各种基本粒子对应的反物质。“反物质就像是物质在镜子中的像。它和对应基本粒子的质量完全一样,却具有相反的其他量子性质。”ALPHA实验发言人杰弗瑞(Jeffrey Hangst)在接受本报记者采访时说,“质子带正电,反质子带负电;电子带负电,正电子带正电……”  按照目前解释微观世界最好的理论模型,宇宙大爆炸时,同时产生了物质和反物质。今天,NASA的天文学家们也观察到,在遥远的宇宙区域———也就是我们所能看到的早期的宇宙,似乎存在物质和反物质碰撞后产生的伽玛射线踪迹。不过今天的宇宙却是由物质而非反物质组成的。“自然选择了物质,反物质似乎消失了。没有人知道为什么。”  宏观世界中,很多东西都是对称的。微观世界也是这样。在“标准模型”中,有着一个对称定律,认为量子场论方程所有允许的解,都依据这个对称定律,物质所遵循的物理法则,反物质也同样遵循。这个对称定律由三个字母组成:C、P、T,它们意味着三方面的对称:电荷共轭变换、宇称(左右)、时间反演。在随后的岁月中,不少物理学家们靠研究对称性问题拿下了诺贝尔奖。其中很多人研究的是“对称破坏”,即在一些物理过程中,一些对称性(特别是C和P的对称)被破坏了。  “CP对称破坏”是描述今天宇宙中物质数量超过反物质的重要解释之一。目前,有很多科学实验都在对这个现象进行验证,希望通过反物质研究了解到对称性定律及标准模型的有效性。  最冷的反物质  LHC的四大探测器之一LHCb研究的主要就是反物质和对称性问题。但ALPHA实验却和LHC几乎没关系,和LHCb的实验目的和方法也截然不同。在这里科学家们同样选择了氢,氢原子和反氢原子都只有一个质子和一个电子,结构非常简单。  两个反氢原子的原料分别是这么制作的,将定向质子束射向一小片铱,高能碰撞会生成反质子,再加以分阶段冷却。由放射性钠衰变产生正电子也加以冷却。“我们借用了对撞机中产生的反氢质子,所以我们还是依附于CERN的实验。但设备和实验都是我们自己设计。”杰弗瑞告诉本报记者。  在ALPHA并不大的实验室里,层层的管道连到磁场上方的探测器。在这里工作的科学家设计了一个改变速度的设备。它并不是另一个加速器,而是一个减速器。科学家将已有的反质子和正电子放在一起,令其生成反氢原子,然后让它逐渐减速,以便在一个像浴缸一样的磁场中将其“捕获”。  反物质无法与物质共存,因为两者一旦接触,便会同时消失并转化为能量,转化的能量形式如光子,这个过程用术语叫做“湮灭”。该过程产生的能量十分巨大。  ALPHA的实验结果却跨过了这个门槛。首先,实验必须在真空中进行,科学家设计了一个真空管道,排除了绝大部分的空气物质。反氢原子是中性的,没法通过电荷来捕获,怎么逮住它呢?杰弗瑞介绍,尽管电中性,反氢原子还是带有微弱的磁场,可以对磁场做出反应。  在热力学上,温度体现的是物质粒子的动能。理论上说,如果物质粒子达到绝对零度时,它应该完全静止。所以,温度越低,粒子的速度越慢。科学家们让来自LHC的高能反氢质子减速冷却,最后让-70℃左右的反质子束和更冷的正电子束进行对撞,一些反质子和正电子结合形成了反氢原子。如果说LHC的目的是令粒子更快、更热、更重,那这个实验中,原子则变得更冷更慢,其中速度最慢的反原子,温度仅有-272.5℃。  这些超级冷的反原子,最后“陷”入了一个超导磁铁构成的“磁场缸”里。“磁场越强,抓住的反原子也越多。”杰弗瑞说。他们共运行了335次实验,由1000万个反质子和7亿个正电子结合。产生的反氢原子中,有38个被捕获。  要观察被“囚”的反物质的存在,唯一的方法就是“释放”它。0.17秒后,科学家们关闭了磁场,反氢原子迅即与氢原子碰撞,湮灭无踪。探测装置及时地记录下了这38次能量爆炸。这些爆炸都发生在反氢原子和产生磁场的缸状容器壁上。反物质和物质湮灭后形成了新的粒子。实验中,新产生的粒子是名为π介子的亚原子粒子。  杰弗瑞说,这是科学家第一次长时间“逮住”反物质。LHCb这样的高能粒子实验是没法捕捉反物质的,因为高能量的反粒子会迅速与实验设备相撞而消失,唯一能困住的,是低能、寒冷、运动缓慢的反粒子。

  • 【分享】专家揭秘暗物质与反物质 关系人类生死存亡(图)

    【分享】专家揭秘暗物质与反物质 关系人类生死存亡(图)

    为什么反物质遇到正物质就同归于尽?  暗物质是怎么被发觉的?http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012201450_268438_2193245_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012201450_268439_2193245_3.jpg科学家最近在银河系中心发现气泡结构http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012201451_268440_2193245_3.jpg宇宙中隐藏着大量暗物质  近日,清华大学与二滩公司联合建立的中国首个极深地下实验室,也是世界最深的地下实验室——“中国锦屏极深地下暗物质实验室”投入使用,这标志着全世界岩石覆盖最深的暗物质实验室正式建成启用。也标志着我国正式加入暗物质研究这个自然奥秘探索的最前沿领域。  而在上个月的11月17日,欧洲核子研究中心宣布他们成功捕捉到了反物质——反氢原子,并保存了较长时间。这个结果有可能为研究大爆炸理论提供可能的实验途径。  反物质、暗物质,经常看到这两种物质被科学家挂在嘴上,但它们究竟是什么东西?为什么这么多年来科学家一直孜孜不倦地探寻它们?它们存不存在、找不找得到,跟我们人类有什么关系?是不是一切都只是浮云而已?  反物质、暗物质,究竟是什么物质  南京大学天文系教授陈鹏飞老师告诉记者,反物质、暗物质目前看似和我们没什么关系,但是研究它们对人类来说有着很重要的意义。在回答这个问题之前,我们先了解一下什么是反物质,什么是暗物质,这两者有着很大的差别。  反物质:我们平常看到的宏观物质具体到微观世界,都是由一个个原子构成,原子是由质子、中子和电子组成,其中质子带正电荷,电子带负电荷,中子不带电,这样的物质可以被叫做正物质。而反物质一切相反,它的质子带负电荷,电子带正电荷,中子和正物质里的中子性质也相反。所以就被称为反物质。  暗物质:目前我们观察的世界都是通过电磁波的方式传递到我们的眼中,光也是一种电磁波,但即便是不可见光,我们也可以用探测仪探测到,比如红外线、紫外线、γ射线等。但是,宇宙中还存在不以电磁波方式传播的物质,而这种物质也遵守能量守恒定律,能被探测到引力和重力,但人类就是看不见它们,而这部分物质就叫做暗物质,而暗物质产生的能量就被叫做暗能量。

  • 【讨论】反物质原子被“抓住”?

    【讨论】反物质原子被“抓住”?

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/04/201104080839_287697_2185349_3.jpg欧洲核子研究中心(CERN)的科学家成功制造出多个反氢原子,并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。

  • 【分享】反物质是神马

    【分享】反物质是神马

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/04/201104141343_288765_2185349_3.jpg在许多人心目中,科学发现是一个不断创新,不断打破传统观念的过程。只有推翻一个旧理论,我们才能创建一个新理论。比如世界上的反动学术权威普遍认为,公羊不能下蛋,母鸡无法产奶;我们就不信邪,大胆的提出公羊也能下蛋,母鸡亦可产奶的伟大假说,彻底推翻了束缚了人们上万年的旧理论,为科学的飞跃式发展指明了方向。以上的发现不是科学,是幻觉。那么,真实的科学发现,尤其是那些匪夷所思的科学发现又是怎样产生的呢?比如说反物质神马的,最神奇了,和物质碰在一起就会湮灭,变成高能辐射。这难道不是科学家推翻了传统的物质理论之后发现的吗?如果物质可以反,那么会不会也有反能量,反空间,反时间,反宇宙呢?这事要想说清楚,还得从相对论开始。

  • 【转帖】欧洲核子研究中心科学家首次捕捉到反物质

    【转帖】欧洲核子研究中心科学家首次捕捉到反物质

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/11/201011191300_260648_1610706_3.jpg北京时间11月18日消息,欧洲核子研究中心(CERN)科学家宣布,在最新实验中首次成功捕获反物质,取得了重大的物理学突破。他们在实验中创造了以反氢形式存在的反物质,证明捕获和释放反物质是有可能的。这项研究突破或许有助于科学家设计出相应的实验,以深入了解这种行踪诡异的物质。  在《星际迷航》系列电视和电影中,反物质被用于驱动科克船长乘坐的宇宙飞船进行太空之旅。如今,科学家表示他们首次捕获了存在于现实世界的反物质样本。一个由英国和其他国家物理学家组成的科研小组在一项惊人的科学突破中,在实验室中瞬间“捕捉”了38个反氢原子。  反物质有助揭开宇宙起源之谜  虽然这次实验不可能令科学家研制出曲速引擎飞行器(Warp Engine)、反物质驱动装置,或是找到比《星际迷航》光速旅行更快的旅行方式,但却有可能揭开宇宙起源之谜。反物质就是正常物质的镜像,正常原子由带正电荷的原子核构成,核外则是带负电荷的电子。但是,反物质的构成却完全相反,它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。当物质和反物质相撞,它们会立即相互湮没,释放出能量。  自英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)最早提出反物质存在理论以来,反物质就一直是科幻小说和电影的主题。在电视和电影系列《星际迷航》中,反物质反应堆驱动“企业”号进行太空之旅,而在丹·布朗畅销小说《达芬奇密码》姊妹篇《天使与魔鬼》改编而成的同名电影中,藏匿在罗马的反物质炸弹更是成为电影的主线。  从理论上讲,1磅(约合450克)反物质的破坏力超过当量最大的氢弹。不过,制造和保存微量反物质是一件非常困难和耗资巨大的事情,用于制造超级武器的前景更是距离现实非常遥远。  38个反氢原子存活六分之一秒  在刊登于最新一期《自然》杂志上的最新研究中,欧洲核子研究中心的科学家使用反氢激光物理仪器(简称ALPHA),冷却带负电荷的反质子(氢原子核的镜像),将其挤压至长20毫米、宽1.4毫米的火柴棍大小的云状物中,这些粒子云接着被导入类似的正电子(反物质电子)云中。两种粒子结合形成反氢原子,最终,磁场在六分之一秒内成功捕捉到反氢原子。  卡尔加里大学物理学与天文学系主任罗布·汤普森教授说:“这是一项重要发现,可能有助于实施一些实验,使我们对当前物理学的基本看法产生巨大变化,证实我们当前了解到的知识。我们捕捉了大约38个原子,数量相当少,连一杯咖啡都热不了,更别提驱动《星际迷航》中的星舰‘企业’号了。现在,我们可以启动下一步工作,使用工具去对这些原子进行研究。”  共有42位研究人员参与了ALPHA实验。这些实验或许有助于科学家揭开有关宇宙最难解的谜团之一。科学家认为,当宇宙在137亿年前诞生于大爆炸时,这个事件产生了相同数量的物质和反物质。然而,今天,宇宙完全被正常物质所占据。科学家长期以来就想弄清楚消失的反物质究竟去了哪里。  英国斯旺西大学教授麦克·查尔顿说:“氢原子是所有原子中结构最简单的,反氢是可以在实验室最容易制造的反物质类型。深入了解它将有助于揭开已知宇宙由物质而非反物质构成的几乎所有谜团。”英国理论物理学家保罗·狄拉克在20世纪50年代最早预测了反物质的存在。

  • 【讨论】欧洲首次俘获反物质 几克可摧毁地球

    核心提示:欧洲科学家近日首次成功俘获少量“反物质”。人工制造的38个反氢原子存在了大约0.17秒,这个时间比先前有了实质性延长,足够进行深入的观察研究。http://img2.cache.netease.com/cnews/2010/11/19/2010111912071441bd1.jpg 大型强子对撞机(资料图)欧洲核子研究中心的科学家们在欧洲当地时间的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”,尽管只是少量的反氢原子而已,但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。存在时间是关键 实际上,早在1995年,欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭,因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝,科学家们根本无从研究它的真面目。2002年,欧洲核子研究中心的实验进一步表明,反氢原子可以大量制造,但如何让它们存在时间长一点仍是难题。因此,这次实验成果的突破就在于,人工制造的38个反氢原子存在了大约0.17秒。这个时间在普通人看来也许非常短,但对科学家来说,已比先前有了实质性的延长,足够他们进行较为深入的观察和研究。利用磁场作“陷阱” 欧洲核子研究中心介绍说,这次之所以能够将反氢原子捕获长达0.17秒,要归功于一种特殊的磁场。 在实验室中,反氢原子是在真空环境里制造出来的,正常情况下瞬间就会与正物质发生湮灭并消失。而这个强大而复杂的磁场会像陷阱一样“拖延时间”,使反氢原子与正物质的接触稍作延缓。实验显示,利用这种磁场,可以将“牵制”反氢原子的时间延长到十分之一秒的量级,这对于观察研究反氢原子来说已经“足够长”。最终,欧洲核子研究中心在制造出的数以千计的反氢原子中,成功地使其中的38

  • 【分享】宇宙是最终的实验室 “阿尔法磁谱仪2”升空搜寻暗物质和反物质

    【分享】宇宙是最终的实验室  “阿尔法磁谱仪2”升空搜寻暗物质和反物质

    2011年04月30日 来源: 科技日报 作者: 张梦然 综合外电 本报记者 张梦然 综合外电http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/05/201105011504_291765_1644522_3.jpg  “奋进”号航天飞机静待发射。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/05/201105011505_291766_1644522_3.jpg  “阿尔法磁谱仪2”(圆圈所示)安装在国际空间站上的示意图。 今日视点  包括中国研究人员参与的大型国际科技合作项目——“阿尔法磁谱仪2”,4月29日(当地时间)由美国“奋进”号航天飞机送入国际空间站,开始长达十余年的寻找反物质、暗物质、多重宇宙以及探测宇宙射线之旅。  这一项目投入达20亿美元,领导者为我们熟知的美籍华人丁肇中。对于搜寻在地球上还没有任何现身苗头的反物质和暗物质,该仪器身负厚望。1998年,其前身“阿尔法磁谱仪1”曾为同样目的升空探索,但没有收获。  探索未知的“阿尔法磁谱仪2”  2009年末,美国《科学》杂志在公布当年十大科学突破的同时,预测2010年最值得关注的研究方向,阿尔法磁谱仪(AMS)名列其中。  2010年8月底,在位于日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN,大型强子对撞机研究机构)阿尔法磁谱仪实验室,“阿尔法磁谱仪2”组装完成,后被运往美国肯尼迪航天中心,等待航天飞机载它一程。  在升空到站后,“阿尔法磁谱仪2”将沐浴着宇宙射线永恒的安置在国际空间站上。其实自2010年起,国际航天领域的科研趋势已越来越倾向于提高国际空间站的科研资源利用率。美国国家航空航天局(NASA)、俄罗斯航天局、欧洲航天局都在探讨如何协调该站内的人力物力。  这是被认为继人类基因组计划、国际空间站计划、强子对撞机计划之后的又一个大型国际科技合作项目。研究人员来自美、欧、亚三大洲16个国家和地区的56个研究机构,包括中国的中科院电工研究所、高能物理所以及数所大学。整个项目由1976年的诺贝尔物理学奖获得者、美籍华人科学家丁肇中构思、设计,再由概念化带入实际。  “这就是所谓心血结晶,”美国媒体这样评论道,“如果这台仪器按计划实现目标——探测到了暗物质的蛛丝马迹,那它将给丁肇中带来人生中另一座诺贝尔奖杯。”  美国《大众科学》杂志在线版28日文章称该仪器为“世界最大的太空实验设备”,且该型的阿尔法磁谱仪超级灵敏,设计出生就是一个目的——研究宇宙最深处的谜:所有的反物质曾发生过什么?又是什么产生了暗物质?  据欧洲核子研究中心27日发表的公报,丁肇中介绍项目时称,“阿尔法磁谱仪2”将从空间探索反物质、暗物质和宇宙射线等问题,然而最令人兴奋的是,它将探测未知。   它的未来与科学的未来  英国《自然》杂志在本年初展望2011重大科学进展时就指出:“暗物质的关键时刻到来”。意大利巨石峰国家实验室进行的XENON100实验、美国的低温暗物质搜寻实验计划(CDMSII)等都在殚精竭虑地搜寻暗物质粒子。  至于反物质,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机、美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机等实验设施都在对其虎视眈眈。就在上个月末,布鲁克海文国家实验室首次观察到了新型反物质反氦-4,这是迄今科学家观察到的最重反物质。尽管宇宙中不一定存在很多反氦-4,但“阿尔法磁谱仪2”会致力其他更重的反核或宇宙中某个包含更多反物质的区域,它们将更能说明问题。  早在1998年6月2日,前辈“阿尔法磁谱仪1”就开始随美国“发现”号航天飞机升空进行科学探索,其研究目标与它的2代相同。“阿尔法磁谱仪1”拿到了大量的数据,不过当然,那一次并没有发现科学家所要的暗物质和反物质,不然现在科学的一切恐怕都要变了番模样。  随后,对第2代的研制开始。按照当时计划,在2004年“阿尔法磁谱仪2”就应由航天飞机送入太空中。但2003年“哥伦比亚”号失事事件痛伤NASA,也使航天飞机可靠性备受诟病,“阿尔法磁谱仪2”的行程因此受到牵连,被一再拖后。  于是,研究人员们决定对“阿尔法磁谱仪2”这一型的设备进行改进:其中包括曾尝试用超导磁体代替永磁体,但最终的模拟空间测试让科学家决定依旧使用永磁体。目前“阿尔法磁谱仪2”采用的永磁体仍是1998年1代在太空实验时使用的。   在“阿尔法磁谱仪2”抓走人们眼球的同时,不能忽略的是,此次发射也是“奋进”号航天飞机最后一次执行飞行任务。这一任务期为14天,目的就是为把“阿尔法磁谱仪2”设备“押送”往国际空间站。此后,缅怀它的人们或许只能到航天博物馆去凭吊航天飞机曾经的辉煌。但按照美国《大众科学》杂志的说法,(如果磁谱仪有了改变人类科学的发现),那此次“押送”将成为航天飞机所有飞行任务中最大的成就。

  • 美探索用反物质制造伽马射线激光器 探测微小空间

    美探索用反物质造伽马射线激光器 可对非常微小的空间进行探测 科技日报讯 传统激光器的操作光波可从红外线到X射线一网打尽,而伽马射线激光器则依靠比X射线更短的光波来运行,这就使其能产生波长仅为X射线千分之一的光波,从而能对非常微小的空间进行探测,并在医学成像领域大展拳脚。不过,长期以来,建造伽马激光器一直是个难题。现在,美国科学家让一类名为“电子偶素(positronium)”的物质—反物质混合物作为增益介质,将普通光变成了激光束。 据美国趣味科学网站5月8日报道,在最新一期的《物理评论·原子分子物理》杂志上,马里兰大学联合量子研究所的王逸新(音译)、布兰登·安德森以及查尔斯·克拉克撰文表示,他们发现,当向电子偶素提供特定能量,它将产生在其他能量下无法制造出的激光;而且,要制造出激光束,这种电子偶素必须处于玻色—爱因斯坦凝聚态下。 克拉克解释道,这种奇怪的效应与电子偶素的“性格”有关。每个电子偶素“原子”实际上是一个普通的电子和一个正电子(电子的反物质)。正电子和电子分别带正负电荷。当它们相遇时,会相互湮灭并释放出两个高能光子,这两个光子位于伽马射线范围内,反向移动。 有时,电子和正电子会围绕对方旋转,就像电子围绕着质子旋转组成原子一样。然而,正电子比质子轻,因此电子偶素并不稳定,在不到十亿分之一秒内,电子和正电子会相互碰撞并发生湮灭。 为了制造出伽马射线激光器,科学家们需要使电子偶素的温度非常低,接近绝对零度(零下273摄氏度)。这一冷却过程会让电子偶素进入波色—爱因斯坦凝聚态,这种状态下物质内的所有原子,也就是电子—正电子对,进入同样的量子状态,一举一动整齐划一。 量子状态的一个方面是自旋。电子偶素的自旋数要么为1,要么为0。一束远红外线光脉冲能让电子偶素的自旋数为0。自旋为零的电子偶素会湮灭并产生双方向相干的伽马射线束—激光束。研究人员表示,能做到这一点是因为所有电子偶素“原子”拥有同样的自旋数。如果是自旋为0和自旋为1的电子偶素随机组合,那么,光会朝各个方向散射。 研究人员也计算出,为了让一台伽马射线工作,每立方厘米大约需要1018个电子偶素原子,听起来有点多,但与空气的密度相比还是少很多,同样体积的空气大约有2.5×1019个原子。 在1994年首次提出伽马射线激光器这一概念的贝尔实验室的艾伦·米尔斯表示,研究人员可以借用数学方法,让制造这种激光器所需要的环境更加精确。(刘霞)来源:中国科技网-科技日报 2014年05月10日

  • 【求助】烟草中性香气物质检测的前处理方法

    各位大虾,帮帮忙 我查了一些文献,找到检测烟草中性香气物质的前处理方法,大都是同时蒸馏萃取,但有的是样品中加柠檬酸,萃取后直接浓缩进样,有的是不加柠檬酸,萃取后用酒石酸洗,再浓缩进样,还有的是两样都不加,蒸馏萃取后分别用酸、碱洗,请问在这些方法中柠檬酸和酒石酸的作用是什么?提取的是中性香气物质,为什么可以不用酸、碱洗就浓缩进样?急!非常感谢

  • 【求助】烟草中性香气物质的前处理问题??

    各位大虾,帮帮忙 我查了一些文献,找到检测烟草中性香气物质的前处理方法,大都是同时蒸馏萃取,但有的是样品中加柠檬酸,萃取后直接浓缩进样,有的是不加柠檬酸,萃取后用酒石酸洗,再浓缩进样,还有的是两样都不加,蒸馏萃取后分别用酸、碱洗,请问在这些方法中柠檬酸和酒石酸的作用是什么?提取的是中性香气物质,为什么可以不用酸、碱洗就浓缩进样?急!非常感谢!

  • 物质为何能成宇宙主导 宇称不守恒理论或可解释

    为什么宇宙中充斥着物质而非反物质?这是物理学领域最大的未解之谜。据英国《新科学家》网站报道,现在,美国费米实验室的最新实验认为,宇称不守恒或可解释物质为何能成为宇宙的主导。  粒子物理标准模型认为,宇宙诞生伊始,物质和反物质一样多。如果情况真如此的话,在强烈的辐射下,物质和反物质相遇后会立即湮灭,那么,星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。因此,有科学家进而提出,可能是由于物理定律存在轻微的不对称,使粒子的电荷不对称,导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略多了一点点,大部分物质与反物质湮灭了,剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界,这就是所谓的宇称不守恒(CPviolation)。

  • 【分享】美《时代》评出2010年十大科学发现

    美国《时代》周刊12月9日在其网站上揭晓了本年度十大科学发现评选结果。  1. 最出众的长角恐龙:美国科学家在犹他州发现了15只角,而它们竟然是重达2500公斤的巨型恐龙的头顶装饰物。这种名为科斯莫角龙的恐龙生活在7600万年前,犹他大学研究人员在2007年的一次探险活动中出土了这些化石残骸,但直到今年9月才正式为其命名并进行了描述。化石不仅揭示了这种年代久远的奇异物种,而且表明从前的北美与现在并不一样。  2. 物质比反物质多1%:美国费米国家实验室的Tevatron加速器在碰撞实验中发现,中性B介子衰变后的产物似乎存在一种不对称性。传统的粒子物理学理论认为,宇宙大爆炸应该产生了等量的物质和反物质,但二者相遇的瞬间就会一起湮灭,而事实是目前的世界由物质组成,反物质却不知所踪。直到今年,费米实验室的科学家发现,粒子碰撞过程中产生的μ介子(一种重电子) 数量比反μ介子多1%。虽然这是个很小的数目,但很显然,正是物质和反物质数量上这一微小差额创造了宇宙。

  • 中性标记物的选择

    我需要在酸性条件下分离物质,pH值在4到5之间。请问我应该选择什么作为中性标记物?

  • 中性标记物的选择

    我需要在酸性条件下分离物质,pH值在4到5之间。请问我应该选择什么作为中性标记物?

  • 毛细管电泳分离中性化合物

    毛细管电泳分离中性化合物

    毛细管电泳求助: 常常说胶束毛细管电色谱(MEKC)与微乳毛细管电色谱(MEEKC)不仅适合带电物质的分离,还适合中性物质(neutral compounds)的分离,在其理论计算中,很多公式都是适合中性物质的,现想求助各位高手:中性物质的概念是怎样的?如何知道自己分析的化合物是否为中性物质啊?我做的是天然产物中的有效成分,但我不知道怎样判断它们是否为中性物质,因此涉及到理论计算让我很纠结。望高手帮助,最好能给予一点中性物质的资料啊。新手不胜感激!http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/09/201309032132_462057_2783796_3.png

  • 【讨论】解释暗物质与可见物质起源有了统一模型

    据目前所知,宇宙能量中仅有约4.6%是由重子物质(正常原子)构成,23%由暗物质构成,剩下约72%由暗能量构成。而且,在可见宇宙中,几乎所有的重子物质都是物质(重子带正电荷)而不是反物质(重子带负电荷)。物理学家最近提出了一种新机制,能同时解释宇宙中的重子不对称和暗物质密度。   提出新机制的研究小组包括美国纽约布鲁克海文国家实验室和英属哥伦比亚大学的科学家,研究发表在最近出版的《物理评论快报》上。他们称这种新机制为“原质起源论”(hylogenesis)。

  • 中微子衰变堪称全宇宙"最慢" 宇宙年龄微不足道

    据国外媒体报道,宇宙中最“慢”的概念是什么呢?斯坦福物理学家给出了自己所认为的“最慢的事件”。得益于美国EXO探索实验得出的数据,有一种神秘的粒子活动从137.5亿年前的宇宙大爆炸开始到现在,该试验名称缩写为“2nubb”。其代表的是两个中微子双β衰变,这种衰变只存在于理论之中,是放射性元素在某种形式下具有的特性。在两个中微子双β衰变类型中,两个中子,中性亚原子粒子处于一个原子核中,这时候就是自发地衰变为两个质子,两个电子和两个反中微子,而两个反中微子,在物理学家眼中可认为是微小的“反物质双胞胎”,而且几乎没有质量,是一种非常神秘的粒子。

  • 中微子衰变:物理学家探索宇宙“最慢事件”

    据国外媒体报道,宇宙中最“慢”的概念是什么呢?斯坦福物理学家给出了自己所认为的“最慢的事件”。得益于美国EXO探索实验得出的数据,有一种神秘的粒子活动从137.5亿年前的宇宙大爆炸开始到现在,该试验名称缩写为“2nubb”。其代表的是两个中微子双β衰变,这种衰变只存在于理论之中,是放射性元素在某种形式下具有的特性。在两个中微子双β衰变类型中,两个中子,中性亚原子粒子处于一个原子核中,这时候就是自发地衰变为两个质子,两个电子和两个反中微子,而两个反中微子,在物理学家眼中可认为是微小的“反物质双胞胎”,而且几乎没有质量,是一种非常神秘的粒子。

  • 丁肇中团队公布AMS成果 正电子可能来自暗物质

    阿尔法磁谱仪项目发布首个实验结果正电子可能来自人们一直寻找的暗物质2013年04月04日 来源: 中国科技网 作者: 魏东 李宁 中国科技网讯 日内瓦时间4月3日下午5时,在欧洲核子中心,由诺贝尔物理奖获得者丁肇中主持的阿尔法磁谱仪(AMS)项目发布了第一个实验结果,已发现40多万个正电子,这些正电子有可能来自脉冲星或人们一直寻找的暗物质。 据介绍,由AMS探测的40多万个正电子,是目前太空中直接观测、分析到的最多的高能量反物质粒子。每一个收集的讯号参数都需要仔细的重建、分类与存档,由数个AMS物理学家小组进行独立的分析,以确保结果精确。 暗物质是源于暗物质粒子的碰撞还是银河系中脉冲星?对此,丁肇中表示,答案在不久将见分晓。他认为,AMS有能力探索新物理,它将在国际空间站长期观测,预计每年记录160亿个宇宙射线信号,并传回地面。 作为安装于太空中的精密粒子探测装置,AMS从2011年5月19日至今,已观测超过311亿个宇宙射线,其能量高达数万亿电子伏特。其中,前18个月的太空实际探测运转中,AMS分析了250亿个初级宇宙射线;确认了680万个电子及其反粒子——正电子的事例。 AMS实验表明,正电子与电子的比率没有显示出空间的各向异性,即高能的正电子不是来自于空间某个特定的方向,此举为新物理现象找到了论据。 AMS项目耗资21亿美元,是上世纪和本世纪初世界上最大的科学计划之一,也是目前唯一被永久安放在国际空间站上具有开创性的大型科学实验。实验过程可能持续15—20年,目的是探测外层空间反物质与暗物质。有16个国家和地区的600余名科学家参与其中。2011年5月16日,AMS由美国“奋进号”航天飞机送入太空。山东大学程林教授带领团队设计完成了在国际空间站上运行的粒子探测装置——阿尔法磁谱仪的热系统,这是由中国制造的唯一大型组件,解决了太空粒子探测的关键工程问题。(记者 魏东 通讯员 李宁) 《科技日报》(2013-4-4 一版)

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