什么是反物质(反物质到底是什么)虽然听起来像科幻小说 , 但反物质确实存在于我们的日常生活中 。它广泛应用于现代医学领域 。你厨房里的香蕉也能产生反物质 。(我们稍后会再次提到这一点 。)
反物质是物理学中最大的谜团之一 。当一个反物质粒子遇到与之相对的正常物质的粒子时 , 就会“同归于尽” , 爆发出巨大的能量 。在BIGBANG的时候 , 正常物质(也就是像你我这样构成世界万物的东西)和反物质应该是等量创造的 。按照这个思路 , 我们不禁要问:既然如此 , 正常的物质和反物质不应该正好互相抵消吗?那么就只剩下一个宇宙了 , 充满了正负物质毁灭产生的能量尾流 。
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什么是反物质?物质由原子组成 。从原子图中我们可以看到 , 一个原子由一个原子核和一些围绕原子核旋转的电子组成 , 原子核中还有更小的粒子——质子和中子 。无论是氢、碳、氧还是其他物质 , 原子的类型都是由原子核中的质子数决定的 。(氢有一个质子 , 碳有六个质子 , 氧有八个质子 。)质子带正电 。在正常状态下 , 一个原子的电子数和质子数是一样的 , 因为它需要电子的负电荷来平衡 , 这样原子才能保持中性 。至于中子 , 顾名思义 , 是中性的 。
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因此 , 比原子小的粒子——组成原子的质子、中子和电子——可以带电 , 并且可以高速旋转 。高速旋转可以反映粒子的角动量 , 这与其旋转的速度和方向有关 。
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现在我们普遍认为 , 组成物质的每一个粒子都有一个与之相关的反物质粒子 , 除了电荷和旋转特性相反之外 , 完全相同 。对于电子来说 , 反物质粒子是一个正电子 , 它的质量与电子相同 , 但带正电 , 并以与电子相反的方向旋转 。物理学家保罗·狄拉克在1928年首次提出反物质的存在 。不久 , 卡尔·安德森在1932年发现了正电子 。因为他们的研究成果在物理学领域取得了重大突破 , 两人都获得了诺贝尔物理学奖 。
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虽然理论上认为BIGBANG产生了大量的反物质 , 但是和正常物质相比 , 我们现在能看到的反物质非常少 。反物质电子或正电子被用来在医学图像中呈现清晰的人体 。你做过PET扫描吗?“PET”中的“P”代表正电子创业网 。
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你厨房里的香蕉也能产生正电子 。你可能听说过香蕉富含钾 。钾原子的原子核中有19个质子 。各种不同中子数的钾元素统称为钾的同位素 。虽然质子数相同 , 但稳定性却大不相同 。香蕉中的钾通常是钾-40 。钾-40有21个中子 , 偶尔会衰变为氩(原子核中有18个质子) 。在这个过程中 , 它每75分钟释放一个正电子 。听起来有点吓人 , 但请记住反物质正电子很快就会消失 。我们也有这种同位素 , 它可以在我们体内自动产生微量反物质 。
如何才能研究反物质?为了研究反物质以确定其用途 , 并最终解释为什么我们的宇宙中有剩余的正物质可以使人类存在 , 粒子物理学家可以通过粒子加速器中的反应产生某些反物质 , 例如埋在距离地表约100米的法国-瑞士边界的大型强子对撞机 。
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反物质粒子是在高速碰撞中产生的 , 但是为了更好地观察它们 , 物理学家必须使用一种叫做反质子延迟器的装置来减缓它们的速度 。
欧洲核子研究中心(CERN)和大型强子对撞机所在的研究所将会有许多反物质相关的实验 。粒子物理学家调查研究反质子对生物的影响:我们能用反物质对抗肿瘤吗?反氢原子遇到氢原子是如何反应的?引力对反物质的影响会和正常物质一样吗...对于反物质研究 , CERN提供了清晰的历史时间线 , 感兴趣的可以浏览 。
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