查理史反物质是什么？贵强稀有（宇宙六）

　　从理论上来说，我们应该都不存在，你和镜子中走出的你，在握手或者触碰对方的一刹那，发生爆炸，产生能量消失。
　　大家好，我是查理史。通过上期的内容我们知道。宇宙几乎完全由暗能量、暗物质和普通物质组成，其它为电磁辐射和反物质。
　　今天我们接着上期的话题，来聊聊反物质。
　　我将从以下几个方面来进行论述。
　　1、反物质是什么？
　　2、为什么反物质可以作为能源？
　　3、反物质的发现过程证明它是真实存在的。
　　4、为什么宇宙中找不到反物质？
　　5、T2K实验试图证明正反物质的不对称性
　　6、生活中的反物质。
　　7、反物质的珍贵和稀有，他并不会摧毁我们。
　　话不多说，这就开始。
　　1、反物质是什么？
　　反物质是正常物质的反状态。比如，A和负A，你和镜子中的你。如果镜中的你突然走了出来，那么你和他，是对称的。
　　在粒子物理学中，由反粒子组成的物质就叫反物质。比如，电子的反物质正电子和一个反质子可以构成一个反氢原子。
　　是不是很好理解呢？就是这么简单。
　　2、为什么反物质可以作为能源？
　　我们现在都知道，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。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。
　　当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。就像电线的正负极碰撞时，会产生火花和轻微的响声。
　　据说，仅仅含有0.25克反物质的炸弹就足以将梵蒂冈从地球上抹去。1克反物质炸弹的威力可以摧毁地球，原子弹，核弹，氢弹在他面前只能是个弟弟；也可以使宇宙飞船获得超光速飞行速度。
　　3、反物质的发现过程证明它是真实存在的。
　　1928年，狄拉克方程，首次揭开了反物质的神秘面纱。就好比4的平方根可以是正2，也可以是负2。狄拉克方程的解表明了宇宙中可以存在具备正能量的电子，也可以存在具备负能量的电子。预言了电子的反粒子——正电子的存在。
　　1932年，美国科学家卡尔·安德森在研究一种来自遥远太空的宇宙射线过程中，意外地发现了正电子，证实了狄拉克的预言，引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性？如果具有普遍性，那么其他粒子是不是都具有反粒子？于是，科学家们在探索微观世界的研究中，又增加了一个寻找目标。
　　1936年，安德森因发现正电子而获得该年度的诺贝尔物理奖。后来其他基本粒子的反粒子也陆续被发现。
　　1955年，美国研究人员制造出了第一个反质子，即电荷为负的质子。
　　由此可见，反物质是真实存在的，并且还能被制造出来。
　　1995年，欧洲核子研究中心，首次制造出了9个反氢原子。
　　2010年，欧洲核子研究中心在制造出数个反氢原子后，借助磁场首次成功地使其保存了较长的时间——约0.17秒。随后，这个记录被不断刷新，
　　4、为什么在宇宙中找不到反物质？
　　宇宙起源的标准理论认为，物质与反物质在大爆炸之初是成对或等量产生的。当物质和反物质相遇时，会彼此湮灭，只留下能量。因此，从理论上来说，我们应该都不存在，你和镜子中走出的你，在握手或者触碰对方的一刹那，发生爆炸，产生能量消失。但是，目前我们的宇宙中存在着大量正粒子组成的物质，然而却没有发现由反粒子组成的稳定存在的反物质，这说明宇宙中正反物质之间并不是严格对称的，否则所有的物质都将湮灭。
　　那么，只剩下了现在的物质世界。
　　这是为什么？
　　大多数关于物质如何胜过反物质的理论，主要分为两大派系。
　　第一种理论，弱电重子生成，它提出了基于希格斯玻色子的一些粒子——这种粒子与万物如何获得质量有关。如果这些希格斯表亲存在，他们可能帮助引发了一场突然的相变，类似于宇宙早期水从液体转变为气体时的转变，这可能导致太空中物质略多于反物质。当物质和反物质接触时，它们会相互湮灭，所以年轻宇宙中的大部分物质都会被摧毁，只留下少量过剩的物质来形成我们周围的星系、恒星和行星。
　　第二种主要的理论被称为＂轻子起源＂，它源于中微子。这些粒子比夸克轻得多，以轻盈的方式穿过宇宙，几乎不会停下来与任何东西相互作用。根据这种设想，除了我们所知的常规中微子外，还有非常重的中微子，它们是如此巨大，以至于只有在宇宙非常炎热和密集的时候，才可能是从大爆炸之后存在的巨大能量和温度中锻造出来的。人们认为，当这些粒子不可避免地分解成更小、更稳定的物种时，它们产生的物质可能比反物质的副产品略多，导致了我们今天看到的这种不对称的情况。
　　以上两种理论都表明一个结果，就是由于种种原因，反物质转变成了物质或者其他东西，使得物质的数量多于反物质，这样即使湮灭抵消，物质仍然多于反物质。
　　5、T2K实验试图证明正反物质的不对称性
　　轻子中有一类质量非常轻的粒子叫中微子，它有一个奇特的现象叫中微子振荡，指的是三种中微子（电子、缪子、陶子中微子）在传播过程中会相互转化。
　　中微子振荡现象的原理是中微子相互作用的量子态和传播过程中的质量量子态不一致，每种中微子都是三个质量态混合叠加而成。这种量子态的混合叠加有点像颜色的调配，红蓝绿三种原色的比例发生变化，就会改变混合物的颜色。量子态的混合也是如此，电子、缪子、陶子中微子都有各自特殊的配比。一旦这个配比发生改变，中微子的种类也会发生改变。
　　粒子及其对应的反物质之间的差异，被称为＂CP破坏也叫cp破缺。
　　为了证明正反物质的不对称性，
　　T2K实验利用日本质子加速研究中心（J-PARC）的加速器产生的缪子中微子和反缪子中微子束流，研究这些粒子和反粒子在经过300公里的旅程后转变成的电子中微子和反电子中微子。
　　2020年4月，《自然》杂志封面报道了T2K实验关于中微子CP破缺的最新测量结果。如果CP守恒，T2K将会检测到大约68个电子中微子和20个反电子中微子。但实验实际探测到了90个电子中微子和15个反电子中微子。这个结果说明中微子比反中微子具有更高的振荡概率，表明中微子的CP是破缺的。如果这个结果正确，其意义将是非常深远的，它解答了为什么我们生活在一个正物质宇宙中。然而需要指出的是这个结果目前置信度还不够高，只有大约3倍标准偏差（粒子物理领域的标准是需要达到5倍标准偏差才能被认定是一项＂观测事实＂）。因此确凿无疑地确认中微子振荡过程中存在CP破缺现象，还需要更多的数据。
　　6，生活中的反物质。
　　反物质来源其实就近在咫尺。
　　香蕉会产生反物质，它每75分钟会释放出一个正电子。之所以会出现这一现象，是因为香蕉包含有少量的钾-40。钾-40是钾的天然同位素，会在衰变过程中释放正电子。
　　人体也包含有钾-40，这意味着人体也会释放正电子。由于反物质一旦同物质接触，就会彼此湮灭，因此，这些反物质粒子非常短命，我们在日常生活当中。根本就察觉不到他们的存在。
　　在有些医院里使用的正电子发射计算机断层显像（PET）设备，正是用正电子来生成身体的高清图像，从而为医生提供诊断依据。
　　CERN的科学家们一直在研究将反物质作为一种潜在治疗癌症的手段。物理学家们发现能使用粒子束攻击肿瘤，这些粒子束会在安全地穿越健康组织之后，释放出能量。使用反质子可以添加另一束能量。科学家们已经发现，这一技术对仓鼠的细胞有效，但目前仍然没有在人体进行相关研究。
　　2010年人类首次捕获到反物质。
　　2011年5月初，中国科学技术大学与美国科学家合作制造了迄今最重反物质粒子反氦4。
　　2016年，中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室用超强超短激光，成功产生反物质超快正电子源，这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用。在反物质领域，中国已经走在前面，希望能走到最前面。
　　7、反物质的珍贵和稀有。他并不会摧毁我们。
　　费米实验室的万亿电子伏特加速器（Tevatron）制造出的所有反质子加在一起只有15纳克（十亿分之一克）；而CERN制造的所有反质子加起来仅为1纳克；德国的电子同步加速器（DESY）制造的正电子加起来大约2纳克。即便所有这些反物质一次全部湮灭，它们产生的能量还不足以烧开一杯水。
　　由于目前反物质是由加速器产生的高能粒子打击固定靶产生反粒子，再经减速合成的，此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量，且生成反物质的速率极低，同时反物质接触容器壁后便即消失，而仅仅制造1克反物质就需要大约25 1015千瓦时的能量。因此，从生产制造成本和存储成本考虑，反物质是世界上最贵最稀有的的物质。
　　可见在网络上流传的，只需要几克就能摧毁地球，只是为了吸引人关注的噱头。纯属谣言和危言耸听。
　　看到这里，相信大家已经对反物质有了一个比较全面的认识和了解。
　　那么，假如有一天反物质被造出了很多。我们会用它来做什么呢？欢迎在评论区写上你的答案。
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