什么叫反物质?反你又是什么东东

什么叫反物质?反你又是什么东东
什么叫反物质?反你又是什么东东

什么叫反物质?反你又是什么东东
我们知道,把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源,它们都是由质子、中子和电子所组成的.这些粒子因而被称为基本粒子,意指它们是构造世上万物的基本砖块,事实上基本粒子世界并没有这么简单.在30年代初,就有人发现了带正电的电子,这是人们认识反物质的第一步.到了50年代,随着反质子和反中子的发现,人们开始明确地意识到,任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在. 电子和反电子的质量相同,但有相反的电荷.质子与反质子也是这样.那么中子与反中子的性质有什么差别?其实粒子实验已证实,粒子与反粒子不仅电荷相反,其他一切可以相反的性质也都相反.这里我们讨论一下重子数的概念. 质子与中子被统称为核子.人们从核现象的研究发现,质子能转化为中子,中子也能转化为质子,但在转化前后,系统的总核子数是不变的.50年代起的粒子实验表明,还有很多种比核子重的粒子,它们与核子也属同一类,这类粒子于是被改称为重子,核子仅是其最轻的代表,一般的规律是：当粒子通过相互作用而发生转化,系统中的重子个数是不会改变的. 由于重子数的守恒性,两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子的系统的,那么反核子应当怎么产生?实验表明,反核子总是在碰撞中与核子成对地产生的.例如 p+p → N+N+N+N'+若干 π介子 其中N代表质子或中子,N'代表反质子或反中子.反核子一旦产生,它常很快与周围的某个核子再相碰而咸对地湮灭.例如 N+N' → 若干 π介子 对于比核子更重的重子,情况完全一样.反重子也总是与重子成对地产生,成对地湮灭的.这些经验使人们认识到,重子数的守恒规律需要重新认识. 现在人们把重子数B当作描述粒子性质的一种荷.正反重子不仅有相反的电荷,而且也有相反的重子数B.令任一个重子都具有重子数B=+1,则任一个反重子都具有B=-1.介子、轻子和规范子等非重子不具有重子数,即它们有B=0.重子数的守恒规律可表述为：任何粒子反应都不会改变系统的总重子数B.这表述既反映了不涉及反粒子时的重子个数不变,也概括了反粒子与粒子的成对产生和湮灭.现在我们容易理解中子和反中子的区别了,它们具有相反的重子数B,因此反中子能与核子相碰导致湮灭,而中子则不能. 此外,人们还类似地发现了轻子数的守恒性.中微子虽不带电,也不具有重子数,但它与反中微子具有相反的轻子数.按轻子数的守恒性,中微子与反中微子的物理行为也是很不一样的,实验还表明,介子数和规范粒子数是不具有守恒性的.这样我们看到,电荷只是粒子的一种属性,另外还有用重子数和轻子数等物理量刻画的其他属性.正反粒子的这些属性也都是相反的. 我们周围的宏观物质主要由重子数为正的质子和中子所组成.因此,这样的物质被称为正物质,由他们的反粒子组成的物质相应地叫反物质.从粒子物理的角度讲,正粒子和反拉子的性质几乎完全对称,那么为什么自然界有大量的正物质,而却几乎没有反物质呢?这正是我们现在要讨论的问题. 宇宙中有反物质天体吗? 粒子实验已证实,正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样,因此反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核,反核和反电子结合在一起,就能组成反原子.我们的正物质世界有多少种原子,相应在反物质世界中也能有多少种反原子,而且它们在结构上将是完全没有区别的,延伸起来讲,大量反原子可以构成反物质的恒星和星系.如果宇宙中正反物质为等量,那么这样的反恒星和反星系就应当存在.因此这给天文学家提出了一个深刻的问题：天上有反恒星和反星系吗? 要由观测来分辨远处星系由物质构成或反物质构成并不容易,至今的天文观测只是接收远处天体所放出的光子.原则上,正物质天体若辐射光子,那么同样的反物质天体应当辐射反光子.但是光子是纯中性的粒子,因此光子与反光子是同一种粒子.这样,天文学家通过可见光、射电、X射线或 γ 射线观测,原则上无法区分他的目的物是由物质构成还是由反物质构成.恒星和星系除了辐射光子外,它们还辐射中微子.中微子与反中微子很不一样,如果天文学家能接收中微子,那么他就能区分物质天体与反物质天体.可惜中微子与任何物质的相互作用都很微弱,造一个能接收它们的仪器很困难.今天用这办法来区分物质天体或反物质天体还办不到.那么让我们问：与我们最邻近的太阳或月亮会是由反物质组彻吗? 月亮是离我们最近的天体,由地面出发的宇航员已在月球上登陆过.如果月球是由反物质组成的,那么在那位宇航员与月球接触时,湮灭过程早已把他转化为介子了.这是直接证据,表明月亮是正物质天体.至于太阳,那是人类没有可能登陆的地方.那么怎么才能知道它不是由反物质组成的呢?太阳表面的气体很热,其中热运动速度较快的原子的速度已超过了太阳表面的逃逸速度,这就是太阳风的起因,若太阳是反物质恒星,太阳风就由反原子组成,它吹到行星上,就会和行星的正原子相湮灭.于是正物质组成的行星会逐渐消失掉,这种消失过程没有发生,就证明了整个太阳系中没有反物质天体.这样,如果要存在反物质天体,它至少应在太阳系之外. 把眼光放远到整个银河系,要问的是：在这个由千亿个恒星构成的系统中,会有一部分是反恒星吗?今天人们也已能肯定地回答：不会有.我们从地面上能接收到太空中飞行的宇宙射线.观测统计表明,宇宙射线粒子中反质子仅是质子的万分之几,并且这少量的反质子是高能粒子碰撞的次级产物,而不是原始的,此外宇宙射线中有很少的 α 粒子（即氦核）,但是反 α 粒子却一个也没有发现过,这些事实说明原初的宇宙射线是由正物质组成的.如果银河系中有反物质恒星,那么宇宙射线粒子将与它碰撞而发生湮灭.湮灭产生的 π 0 介子将很快衰变而成 γ 光子.因此这种湮灭过程是能够通过 γ 射线的观测来发现的.正是没能找到湮灭过程所放出的很有特征性的 γ 光子,使人们知道,银河系中并没有反恒星的存在,整个银河系都是由正物质组成的. 我们的宇宙是由大量星系构成的.若在远处有反物质组成的星系,原则上也能用同样的道理来发现.星系之间并不是真空,而是弥漫着很稀薄的气体.因此,若既有正物质星系又有反物质星系,那么正反物质必会相遇,相遇处必会有湮灭过程发生.人们着意地寻找了相应的 γ 射线,而没有找到过.于是得出结论：在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在.若在更远的地方有这种湮灭发生,由于它的信号太弱而没有被发现是不能排除的.所以上述结论是今天的观测能力所能给出的回答. 在这样的结果面前,人们的看法分成了两种.一种认为宇宙中正反物质应当是等量的,需要的是从更远处去寻找反物质星系存在的证据.另一种认为事实已暗示,宇宙中没有大量的反物质存在,需要的是从宇宙的演化中去寻找造成今天没有反物质的原因. 继续寻找反物质的努力 1998年的夏天,美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空.它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核.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. 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
麻烦采纳,谢谢!