“物質(zhì)”與“反物質(zhì)”
世界上的事物都是充滿(mǎn)矛盾的。有上必有下，有左必有右，有陽(yáng)必有陰，有正必有反。那么，既然世界上有著(zhù)無(wú)窮的物質(zhì)，也存在反物質(zhì)嗎？什么是反物質(zhì)呢?它與“世界是物質(zhì)的”這一哲學(xué)基本原理是否相矛盾呢？這是物理學(xué)中的一個(gè)令人驚奇而有趣的問(wèn)題。
1930年，英國物理學(xué)家狄拉克，明確提出電子有兩種，兩種電子的質(zhì)量相同，但所帶電荷不同，除了帶負電荷外，有的電子帶正電荷。這兩種電子恰好相反，即一正一反。帶負電荷的電子叫正電子，而帶正電荷的電子叫反電子。當時(shí)狄拉克提出正反電子的理論之后，人們半信半疑：這種反電子在哪里呢？
為了證明狄拉克的理論，物理學(xué)家們在實(shí)驗室內通過(guò)實(shí)驗尋找反電子存在的證據。1932年，美國物理學(xué)家安德遜果然發(fā)現了反電子。
安德遜是一位專(zhuān)門(mén)研究從外層空閃射來(lái)的宇宙射線(xiàn)的專(zhuān)家，他使來(lái)自宇宙空間的微小粒子在他設計的云霧空中留下徑跡。有一次他突然發(fā)現有些微小粒子留下的軌跡與電子相反，一個(gè)向左彎，另一個(gè)卻向右彎，正好一正一反。據此，安德遜認為這是狄拉克提出的正反電子理論的證據。也就是說(shuō)，安德遜發(fā)現了反電子。安德遜因此獲得了1933年的諾貝爾物理學(xué)獎。
發(fā)現了反電子，在物理學(xué)界是一次巨大的震驚。它為研究反物質(zhì)起了促進(jìn)作用。既然有反電子存在，人們也就不難理解反物質(zhì)的存在。過(guò)了12年之后，反質(zhì)子又發(fā)現了。質(zhì)子與反質(zhì)子的質(zhì)量完全相同，只是質(zhì)子帶的是正電，反質(zhì)子帶的是負電。不久之后科學(xué)家又發(fā)現了反中子。中子與反中子都不帶電，科學(xué)家還是能區分它們，因為中子與反中子的自旋方向正好相反，一個(gè)是左旋，另一個(gè)是右旋。
物理學(xué)家后來(lái)又陸續發(fā)現了多種反粒子。既然物質(zhì)是由電子、質(zhì)子、中子組成的，那么把反電子、反質(zhì)子、反中子配成套，就應該組成反物質(zhì)了?；蛘哒f(shuō)，反物質(zhì)就是物質(zhì)的鏡像。物質(zhì)由原子組成，原子又由質(zhì)子、中子和電子組成。質(zhì)子帶正電，電子帶負電，中子不帶電而有一定的磁性。所謂物質(zhì)的鏡像，就是還有一種質(zhì)子帶有負電，叫反質(zhì)子；還有一種電子帶正電，叫反電子；也還有一種磁性正好與前面所說(shuō)的中子相反的中子。這些基本粒子統稱(chēng)為反物質(zhì)。
1997年4月，美國海軍研究實(shí)驗室、西北大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校等五個(gè)著(zhù)名研究機構的天文學(xué)家宣布，他們利用先進(jìn)的伽馬射線(xiàn)探測衛星發(fā)現在銀河系上方約3500光年處有一個(gè)不斷噴射反物質(zhì)的反物質(zhì)源。它噴射出的反物質(zhì)在宇宙中形成了一個(gè)高達2940光年的“噴泉”。這是宇宙反物質(zhì)研究領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。
正反物質(zhì)相遇可釋放出巨大的能量和比普通可見(jiàn)光強25萬(wàn)倍的伽馬射線(xiàn)。銀河系反物質(zhì)“噴泉”是通過(guò)這一相接證據發(fā)現的，因而它對深入反物質(zhì)的性質(zhì)幫助不大。為了“面對面”地研究反物質(zhì)，科學(xué)家想到了直接“捕捉”反物質(zhì)。在地面，由于大氣干擾，幾乎不可能“捕捉”到反物質(zhì)，因此科學(xué)家把目光投向了太空。
1998年6月2日，美國“發(fā)現”號航天飛機攜帶阿爾法磁譜儀發(fā)射升空。這一核心部分由中國科學(xué)家制造的儀器，是當代最先進(jìn)的粒子物理傳感儀，目的是去太空尋找反物質(zhì)。阿爾法磁譜儀這次隨“發(fā)現”號上天，盡管沒(méi)有發(fā)現反物質(zhì)，但采集存貯了大量數據。
2000年8月10日，歐洲核子研究中心宣布用于制造反物質(zhì)的反質(zhì)子減速器投入使用。 在世界各地9個(gè)研究所、39名科學(xué)家的通力合作下，歐洲核子研究中心9月18日宣布近日已成功制造出約5萬(wàn)個(gè)低能量狀態(tài)的反氫原子，這是人類(lèi)首次在受控條件下大批量制造反物質(zhì)。在本次試驗中，科學(xué)家對粒子減速、進(jìn)行“冷卻”，最終成功制造出了大量的反氫原子。參與研究的科學(xué)家說(shuō)，這是反物質(zhì)研究的“一個(gè)重要里程碑”。
