物理学重大突破:丁点反物质能摧毁一个星球(图)

欧洲核子研究中心

反物质假想图

捕捉反物质的仪器一丁点就能摧毁一个星球

　　一丁点就能摧毁一个星球

　　超级威力 不到500克的破坏力超世界上最大氢弹

　　超级动力 仅需要几十毫克就能把人类送上火星

　　超级能量 一小“滴”便可维持纽约全天全城能量

　　看电影，学反物质

　　《星际迷航》在《星际迷航》系列电视和电影中，反物质反应堆驱动“企业”号进行太空之旅。虽然这次实验不可能令科学家研制出曲速引擎飞行器（WarpEngine）、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。

　　《天使与魔鬼》《达芬奇密码》姊妹篇《天使与魔鬼》电影中，藏匿在罗马的反物质炸弹成为电影的主线。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。

　　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，0.25克反物质炸弹就足以将梵蒂冈从地球上抹去。

　　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。

　　绝对零度“抓住”反物质

　　研究人员2002年在真空环境里造出反氢原子，但造出后不到片刻便已湮灭。如今，欧洲核子研究中心研究员首次成功“抓住”这种反物质。鉴于反物质接触容器壁后便即消失，研究人员利用特殊磁场对反物质加以捕获。

　　丹麦奥胡斯大学教授杰夫・杭斯特告诉BBC记者，反氢原子具有“少许磁性”，“你可以把它们想象成罗盘指针，能够利用磁场探知它们的存在。我们制成一只强有力的"磁瓶"，在里面造出反物质”。另外，反氢原子运动速度不能太快，否则便难以捕获。杭斯特所在研究团队花费5年时间，设法让反氢原子温度降至0.5开氏度，相当于零下272.65摄氏度、即接近绝对零度，使反氢原子处于低能量状态。“如果它们运动得不至于太快，那么就算被"抓住"了，”杭斯特说。

　　加以“微调”有望制造更多

　　丹・布朗在畅销书《天使与魔鬼》中把反物质描述成人类目前所知威力最大的能量源。它能以百分之百的效率释放能量，不造成污染，不产生辐射，一小“滴”便可维持美国纽约全天所需能量。从理论上说，不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。如果想把人类送上火星，仅需要几十毫克，同时时间也大为缩短，只需要6周的时间就可以到达。

　　不过，研究人员首次捕获的成果为38个反氢原子，持续时间为五分之一秒。这等数量的反物质不足以让一只100瓦灯泡发光二十亿分之一秒，更别提用作剧烈炸药。

　　杭斯特教授解释道，研究人员掌握捕获反物质技术后，今后可在具体操作程序层面加以“微调”，便有望制成数量足够多、保存时间足够长的反物质，为进一步研究打开一扇门。

　　解谜关键助解开宇宙起源　

　　物理学上一个最大的谜团就是，我们这个世界为何由占据压倒性地位的正常物质构成，而不是反物质。根据物理学定律，这两种在宇宙诞生时出现的物质数量上应该没有任何差异。

　　反物质的发现，使人们联想上世纪许多不解之谜，其中最为著名的莫过于“通古斯大爆炸”。1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区遭遇从天而降的“火球”，大片原始森林顷刻化为灰烬。至于爆炸起因，一些人推断是小行星撞击，一些人猜想是反物质所致“湮灭”。

　　深入研究反物质，是解开宇宙起源之谜的重要环节。“我们希望查明，物质与反物质之间是否存在某些我们尚不知道的区别，”杭斯特说，“这种区别或许存在于更基本层面，或许牵连宇宙起源时某些高能量活动。”

　　38个反物质存活六分之一秒将开启“星际之门”

　　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，存活六分之一秒，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。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。

　　名词解读

　　反物质　

　　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。爱因斯坦预言过反物质的存在。按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。

　　悬疑1

　　首个发现者或是中国人

　　中国的反物质研究所始于上世纪80年代初，由世界著名的核物理学家赵忠尧担任技术顾问，因此西方称他为“中国反物质武器之父”。外界认为，赵忠尧是史上第一个发现反物质的物理学家。这个发现足以使他获得诺贝尔奖。但1936年，诺贝尔物理学奖授予了1932年在云雾室中观测到正电子径迹的安德逊，而不是1930年首先发现了正负电子湮灭的赵忠尧。安德逊也承认，当他的同学赵忠尧的实验结果出来的时候，他正在赵忠尧的隔壁办公室，他的研究是受赵的启发才做的。

　　悬疑2

　　反物质天使or魔鬼

　　反物质，它能轻松地帮助人类进行星际旅行，或许也能轻易制造出毁灭地球的“超级核弹”。反物质是一种致命武器，威力强大，不可阻挡。一旦将其从欧洲核子研究中心的充电平台上移走，灯光会令人眩目，周围会响起雷鸣般的咆哮声，它们会自动焚毁。有人提出，人类可能有朝一日利用反物质的破坏力去摧毁整个世界。

　　神秘“反物质”或成为人类的“末日武器”

　　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个存在了大约0．17秒。

　　科学家称，研究反物质，之所以选择氢原子入手，是因为氢原子只包含一个质子和一个电子，是最简单的原子，因此被看做是物理学领域最佳的研究对象。

　　反物质研究的重要一步

　　尽管这只是在实验室中制造并短暂捕捉到反物质原子，但科学界仍然欢欣鼓舞，认为这是物理学领域的一次突破，距离反物质的“真相”又“近了一步”。

　　刊登这一研究成果的英国《自然》杂志称，成功“捕捉”反氢原子后，通过比较反物质和正物质，科学家们就可以测试粒子物理学“标准模型”中最核心的基本对称理论。欧洲核子研究中心主任罗尔夫・霍伊尔在17日发布的一份新闻公报中说，“这是反物质研究领域的重要的一步。”