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，并沒有被發(fā)現(xiàn)，一旦這個物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)祟惖氖澜鐚蟹旄驳氐淖兓?。下面是小編分享的反物質(zhì)的介紹，一起來看看吧。
反物質(zhì)的介紹
物理學上指反原子核由反質(zhì)子和反中子組成的帶負電荷的物質(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)
部分天文學家也認為有存在的可能，但現(xiàn)代天文學還拿不出令人信服的證據(jù)。否定反物質(zhì)的人很多，美國宇宙學家施拉姆(Schramm)說：“大多數(shù)理論家的直覺，不存在反物質(zhì)。這意味著如果你找到它，那是一個偉大的發(fā)現(xiàn)，證明這些理論家都是錯誤的。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研究已有16個國家的科學家參與其中，投入的資金更是高達1000多億美元。許多科學家表示：只要能發(fā)現(xiàn)宇宙反物質(zhì)的存在，那么這將是當之無愧的諾貝爾獎。該探測器已于2005年發(fā)射升空并永久停留在太空，東南大學還將建立一個數(shù)據(jù)接收分析中心和培訓中心作為配套項目。丁肇中認為，如果反物質(zhì)確實存在，當正物質(zhì)與反物質(zhì)碰撞時可以產(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)展的歷史來看，人們要有思想準備，也許我們會發(fā)現(xiàn)意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無關(guān)系。”丁肇中很慎重地表示。
反物質(zhì)實體的作用
為了打開反物質(zhì)世界的大門，科學界于1957年動員了千軍萬馬，耗費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)實驗報告指出：當1克反物質(zhì)與1克正物質(zhì)相互碰撞而發(fā)生湮滅時，能釋放出巨大能量。據(jù)計算，一粒鹽粒大小的10毫克反質(zhì)子便可產(chǎn)生相當于200噸化學燃料的推進能量。由此看來，反物質(zhì)是最理想的宇宙飛船能源。
自20世紀60年代人類進入太空后，征服太陽系和進軍銀河系便成為人類一個壯麗的目標。但是，宇宙飛船要在茫茫太空中成年累月地翱翔。燃料是個大問題。要在飛船有限的空間內(nèi)裝載維持長時間飛行的燃料，只有反物質(zhì)才能解決問題。
反物質(zhì)在醫(yī)學上也能一顯身手。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，且對人體無害，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，大大減輕對周圍正常組織的損害程度。
征服太陽系和進軍銀河系便成為人類一個壯麗的目標
但是，除了實驗室里的反粒子，人類還從未見到反物質(zhì)實體。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)，如何貯存和運輸也是一大疑難。對此科學家已提出兩種方法：
一是超導貯存，即利用超導磁懸浮原理，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—個防止反粒子碰撞瓶壁的強大磁場緊緊箍住這些反粒子。這些設(shè)想能否實現(xiàn)，也許需要新一代科學家去努力。
反物質(zhì)的主要概念
正電子、負質(zhì)子都是反粒子，它們跟通常所說的電子、質(zhì)子相比較，電量相等但電性相反?？茖W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?其實粒子實驗已證實，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，放出正電子的稱為“正β衰變”，放出電子的稱為“負β衰變”。在正β衰變中，核內(nèi)的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，同時釋放一個正電子和一個中微子;在負β衰變中，核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時釋放一個電子和一個反中微子。此外電子俘獲也是β衰變的一種，稱為電子俘獲β衰變。
50年代起的粒子實驗表明，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：當粒子通過相互作用而發(fā)生轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)中的重子個數(shù)是不會改變的。
由于重子數(shù)的守恒性，兩個質(zhì)子相碰是不會產(chǎn)生一個包含三個重子的系統(tǒng)的，那么反核子應當怎么產(chǎn)生?實驗表明，反核子總是在碰撞中與核子成對地產(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核子再相碰而成對地湮滅。例如
N+N' → 若干 π介子。按照這種說法推論，在宇宙的某個地方，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)會合才能存在?？晌镔|(zhì)與反物質(zhì)怎樣才能不會合?反物質(zhì)在宇宙何方?這還是待解之迷。
對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地產(chǎn)生，成對地湮滅的。這些經(jīng)驗使人們認識到，重子數(shù)的守恒規(guī)律需要重新認識。人們把重子數(shù)B當作描述粒子性質(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。令任一個重子都具有重子數(shù)B=+1，則任一個反重子都具有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：任何粒子反應都不會改變系統(tǒng)的總重子數(shù)B。這表述既反映了不涉及反粒子時的重子個數(shù)不變，也概括了反粒子與粒子的成對產(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，實驗還表明，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，英國青年物理學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，美國物理學家安德遜在實驗室中發(fā)現(xiàn)了狄拉克所預言的正電子。1955年，美國物理學家西格雷等人用人工的方法獲得了反質(zhì)子。此后人們逐漸認識到，不僅質(zhì)子和電子，所有的微觀粒子都有各自的反粒子。
這一系列科學成果使人們?nèi)諠u接近反物質(zhì)世界。然而問題并不那么簡單。首先，在地球上很難發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)。因為粒子與反粒子碰到一起，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印Ｋ栽诘厍蛏?，反物質(zhì)一旦碰上其它物質(zhì)就會被兼并掉。其次，制造反物質(zhì)相當困難而且耗費巨大，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，因為地球上萬物都由物質(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)幾乎完全對稱，那么為什么自然界有大量的正物質(zhì)，而卻幾乎沒有反物質(zhì)呢?這正是我們要討論的問題。
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電荷的原子核。從根本上說，反物質(zhì)就是物質(zhì)的一種倒轉(zhuǎn)的表現(xiàn)形式。愛因斯坦曾經(jīng)根據(jù)相對論預言過反物質(zhì)的存在：“對于一個質(zhì)量為m，所帶電荷為e的物質(zhì)，一定存在一個質(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)的不對稱疑難，是物理學界所面臨的一大挑戰(zhàn)。
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