什么是反物质（美国反物质）

　　反物质是科幻小说的素材，在书和电影里被描绘为天使或恶魔，星际迷航企业号星舰使用物质-反物质湮灭推进来进行比光更快的星际旅行。那么你知道什么是反物质吗？难道是与我们现存物质属性相反的物质吗？宇宙中是否真的存在反物质呢？
　　科学家给的解释是反物质和物质是相对立的，它们是两个不同的概念。在我们的世界中是由物质构成了世界，而原子构成了物质，原子核位于原子的中心。原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子与质子所携带的电量相等，但一正一负。质子的质量是电子质量的1840倍，它们在质量上形成了强烈的不对称性。
　　这一现象得引起了了科学家的。因此，有一些科学家在20世纪初就认为二者相差十分悬殊，因而还应该存在另外一种电量相等而符号相反的粒子。这就好比我们现实存在的：一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质量相等但携带正电荷的粒子。这就是＂反物质＂概念的最初观点。
　　这一观点是由英国青年物理学家狄拉克提出来的。他根据狭义相对论和量子力学原理，于1928年提出了这样一个设想：在自然界中，存在着带负电的电子，同时还存在着一种与电子一样但能量与电荷都为正的正电子。这种电子可以称为电子的＂反粒子＂。狄拉克认为，物质和反物质一旦相遇，就会互相吸引，并发生碰撞而＂湮灭＂，各自的质量也消失了，并释放出大量能量，这些能量以伽玛射线的形式出现。在我们周围的物质世界中不可能有天然的反物质存在的原因就在于此。狄拉克的这一设想，对科学界震动很大，科学家们认为这种设想极有道理，因而，他们极力寻找和制造反物质。
　　1932年，美国物理学家安德森研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。在研究过程中，他意外地发现了一种粒子，这种粒子的质量和电量都与电子完全相同，唯一不同的是在磁场中弯曲时，其方向与电子相反，也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想，并大大激励了人们的研究热情，他们纷纷投入到寻找反物质粒子的工作中。1955年，在美国的伯克利，钱伯林和西格雷两位科学家利用高能质子同步加速器发现了反质子。西格雷等人于1957年又观察到了反中子。欧洲一些物理学家于1978年8月，成功地分离了300个反质子达85小时，并成功地储存了这些反质子。1979年，美国新墨西哥州立大学的科学家进行了一个实验，在实验中，把一个有60层楼高的巨大氦气球，放到高空，气球在离地面35千米的高度上飞行了8个小时，捕获了28个反质子。关于反质子的发现层出不穷，这些发现激发了人们的兴趣。反中子和中子一样都不带电，但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转，反中子也不断旋转，但其旋转方向与中子恰恰相反。顺着这个线索，物理学家们继续寻找下去，结果发现了一大群新奇的粒子。
　　到目前为止，已经发现了300多种基本粒子，这些基本粒子都是正反成对存在的，也就是说，任何粒子都可能存在着反粒子。这样，用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想在理论上是成立的。在实践中人们利用粒子加速器人工制造出由一个反质子和一个反中子组成的反氘核，这个反氘核是人工制造出的第一类反原子核，它是美国布鲁克海文实验室研制成功的。由两个反质子和一个反中子组成的反氦-3核是第二类反原子核。苏联在塞普霍夫加速器上曾获得5个反氦-3核。而反原子是由正电子与这些反原子核相结合而得到的。1996年1月，欧洲核研究中心宣告德国物理学家奥勒特等利用该中心的设备合成得到第一类人工制造的反原子，即11个反氢原子。由于这一科研成果意义重大，欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人工合成。物理学家们预言，技术上进一步的改进将会使大量生产反物质原子的设想成为可能。
　　物理学家们一直努力搜寻反物质，希望能在宇宙中寻找到它们。物质的诞生示意图能不能直接观测太阳系以外宇宙中的反物质呢？可以，但目前只有一个办法，那就是研究宇宙射线。在地面实验室中很难探测到宇宙射线中的反物质，因为有一个稠密的大气层在地球上空。穿越大气层时，宇宙射线会与大气碰撞而产生次级粒子，这些次级粒子又会与大气粒子碰撞产生更次级的粒子，这样几经反复，地面上测不到原始的宇宙射线，因此也无法确定宇宙射线中反物质存在的情况。为此，人们想方设法把探测器送上大气的最高层，并一直希望能将探测器送到太空。
　　现在，随着航天技术的发展，到太空中去寻找反物质的愿望终于可以实现了。 在1998年6月3日6时10分美国＂发现号＂航天飞机载着阿尔法磁谱仪，从肯尼迪航天中心发射升空。＂发现号＂航天飞机的成功发射，标志着探索宇宙反物质的重大科学实验的开始。值得一提的是阿尔法磁谱仪主要由中国科学家参与研制。阿尔法磁谱仪的英文名字是Alpha Magnetic Spectrometer，简称AMS，它主要由上下各2层的闪烁体、永磁体、紧贴永磁体内壁的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等各种探测器组成在阿尔法磁谱仪中，由铷铁硼材料制成的永磁体是其主体结构，其重量约2千克，高1米、直径1.2米、长0.8米，是一个空心圆柱体，其中的磁场强度为1400高斯，能长期在太空中稳定工作。根据磁场反应的粒子电荷以及粒子的速度、轨迹、质量等信息，AMS可以推断粒子的正与反。按照预定的计划，2001年2月，阿尔法磁谱仪被装载到阿尔法国际空间站上，进行长达3年的反物质空间探测。
　　人们如此热切地探求反物质，其目的不仅在于要证实理论的正确与否，而更实际的则是在于获取巨大的能量。任意半吨物质与半吨反物质相遇，则发生＂湮灭＂，并且会放出能量，这种能量将是燃烧1吨煤所放出的能量的30亿倍。只要用正、反物质各1吨发生＂湮灭＂，＂湮灭＂所产生的能量就可以解决全世界1年所需的能量，而且＂湮灭＂后不留残渣和任何有害气体。因此，反物质是极干净的超级能源，同时更是最理想的宇宙航行能源。
　　据计算，10毫克的反质子只有一粒盐那么大，却可以产生相当于200吨化学液体燃料的推进能量。通过这些能量，可以轻而易举地将巨型航天器送入太空。科学家们设想造一艘头部装一面巨大的凹面反射镜的光子巨船，要使飞船开动时，就将燃料库中的物质和反物质分别有控制地输送到凹面镜前，让它们在凹面镜前适当位置接触、＂湮灭＂，再转化为极其强烈的伽马射线，即光子流。这种光子流被凹面镜反射出去，产生巨大的反作用力，就像气体从火箭喷口喷出一样，推动飞船前进，实现星际航行。