科学家找到“迄今”最重的反物质

发布者:陆海发布时间:2011-04-28浏览次数:787

 

2011-04-28  金陵晚报 本报记者 王君

龙虎网讯 反物质目前看似和我们没有什么关系,不过紫金山天文台的常进研究员告诉记者,其实中外的科学家“抓”住的迄今为止最重的反物质,对于探索宇宙大爆炸的秘密很有意义。

常进说,我们看到的宏观物质,具体到微观世界,是由一个原子构成,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。

事实上,反物质已经不止一次地被科学家们探索到了,它们是的的确确存在的,科学家们早就找到了正电子,只是捕捉、搜寻到能够形成元素的反物质比较困难,到目前为止,在地球上发现的形成元素的反物质,一般都是在实验室中“人造”产生的。

抓到“迄今”最重的反物质

位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室,有一台“相对论重离子对撞机”。在对撞机上,研究人员让两束接近于光速的金原子核进行对撞,模拟极小尺度内的“宇宙大爆炸”,造成与宇宙演化之初相似的物质形态。这种剧烈的微观对撞,产生大约等量的正反物质,其中一部分相对稳定的反物质,在与“正物质”相互湮灭之前,通过一个名为“STAR”的探测器,留下了清晰的信号证据。

据了解,“STAR”国际合作组由来自12个国家的54个科研单位组成,其中中国合作组成员包括中国科学院上海应用物理研究所、中国科学技术大学、中国科学院近代物理研究所、清华大学、华中师范大学、山东大学等。

各国科学家从整整10亿次碰撞事例中,筛选了由此产生的5000亿个带电粒子,并凭借中国科学家主持研制的“大型飞行时间探测装置(TOF)”,日前,最终十分万幸地探测到了18个反物质氦4原子核的信号。

专家解释说,这种“反氦4”原子核包含2个反质子和2个反中子,这与自然界中普遍存在的“氦4”完全相反。在元素周期表上,2号元素氦排在1号元素氢之后,氦的原子量是4,而最小的氢原子量只是1。相比去年欧洲核子研究中心捕获的多个反氢原子,这些“反氦4”很可能是今后长时期内所能测得的最重反物质原子核。

对探索宇宙大爆炸的秘密有意义

反物质至今都是物理学领域的一大谜团。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,因此寻找和研究反物质也成为物理学领域的热点和难点。

在最新一期的国际顶尖学刊《自然》杂志上,中外科学家宣告发现迄今为止最重的反物质——“反氦4”原子核。这被认为是寻找反物质路上的重要里程碑。

而与此同时,由丁肇中主持,以在太空中寻找反物质为目的AMS(02)太空探测仪,将在本月29日随奋进号登陆国际空间站,进行为时数年的太空探测,记者了解到,在AMS(02)项目中,东南大学是重要的参与者之一。

按照现行理论,宇宙大爆炸之初,产生了等量的正物质和反物质。但现实情况是,我们的世界由正物质组成——反物质似乎莫名消失了,至少到现在仍然无法直接观测到它的存在。

常进说,至于这是因为什么,目前仍然无法解释,而解开反物质之谜,则有利于更好地理解宇宙的诞生和演化。

太空寻找反物质,东大是重要参与者

在世界各国科学家研制和制造“反物质”粒子的同时,诺贝尔物理奖获得者丁肇中主持的AMS项目将视角投向了遥远的太空,他们将到宇宙空间中进行大规模的反物质的搜寻工作。

据了解,在本月的29号,丁肇中欲借助奋进号,将AMS(02)太空探测仪送上空间站,用于寻找反物质组成的宇宙、寻找暗物质的来源。

据了解,包括中国科学家在内的全球600多名科研人员参与了这一项目,而东南大学是该项目的重要参与者。

东南大学信息科学与工程学院孟桥教授告诉记者,从理论上来说,如果正物质遇到反物质,就会立刻湮灭,但就像是一个人开了枪,手上一定有火药的痕迹,在宇宙空间大爆炸之后,也可能有残余的痕迹,希望通过AMS项目能找到不安分物质。而在此次AMS(02)实验中,东南大学承担着AIS、SOC两大研究项目。

AIS项目主要是对探测器上的磁谱仪进行性能测试和故障诊断分析,孟桥教授解释说,AIS项目就像是AMS(02)的远程医生,通过分析找出探测仪有可能出现的故障,并且开出药方,找到及时排除故障的方法。

而SOC项目则是一个高性能的数据处理和海量数据存储系统,一旦探测器安置到空间站,它所观测到的海量测量数据就会源源不断地经过美国肯尼迪航天中心中转后,抵达到包括东大在内的各个数据存储和处理中心。□

 

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