反物质合成和结构研究进展(一)

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摘 要 本文总结了现今世界反物质研究进展，提出了反物质研究的几个重要问题，从反物质结构上分析以后研究方向。关 键 词 反物质 合成 结构 反质子 诱导众所周知，人类现在正面临全面的能源危机。让我们看一看世界能源大会1995年版《能源资源调查》中关于1993年世界能源统计数据：1煤炭：世界名国煤炭探明可采储量：烟煤、无烟煤519.4Gt，次烟煤197.1Gt，褐煤315.Gt，合计1031.6Gt。1993年年产量烟煤、无烟煤3.169Gt，次烟煤0.374Gt，褐煤0.931Gt，合计4.474Gt。储采比230年。2石油：世界各国石油探明可采储量：原油138.3Gt，天燃气液2.4Gt，合计140.7Gt。1993年年产量3.197Gt，储采比44年。3天然气：世界各国天然气探明可采储量14.1Tm3，1993年年产量0.2485Tm3，储采比57年。4核能：世界各国铀矿探明储量3.67Mt，1993年年产量32171t。储采比114年。[1]同时人类也在大力开发可再生能源如：太阳能、核聚变能等。但我们应该认识到，所有这些能量都可以用一个具体的数字来衡量，即它终究会耗尽，那么有没有真正的无穷能量呢？答案是肯定的，根据爱因思坦质能方程E=mc2,正反物质湮灭时将产生巨大的能量，且宇宙物质无法用数字来衡量。反 物 质顾名思义，反物质就是普通物质的反状态。物质由分子和原子组成，原子由带负电的电子和带正电的原子核组成，如果带正电的电子和带负电的原子核组成原子就是反原子，由反原子就可组成反物质。反物质研究始于20世纪40年代后期，但进展极为缓慢。1995年钱姆伯林（Chamberbin）用加速器将质子加速到6Gev去轰击铜靶，生成物∏ˉ（介子）与质子比例为50000∶1。[2]为进一步探索反物质之谜，科学家在实践上采取了两种途径，一是在自然界中寻找反物质，二是在实验室中制造**物质。1997年4月，美国海军研究实验室、西北大学和加州大学伯克利分校等五个著名研究机构的天文学家宣布，通过观测到在银河系上方约3500光年处高于可见光强25万倍的伽马射线间接证明了反物质源的存在。由于受大气干扰，地面上很难“捕捉”到反物质，因此科学家们把目光投向太空。为在太空寻找到反物质，1998年6月，美国“发现”号航天飞机带着由中国科学家制造的当代最先进的粒子物理传感仪：阿尔法磁碰议发射升空。2002年，它被送上国际空间站，进行更进一步的数据采集。实验室制造**物质进展较快，1995年欧洲核子研究中心（The European anization for Nuclear Research ，简称CERN）的科学家们利用加速器将速度极高的反质子射流射向氚原子核产生正电子，正电子与反质子结合形成一个反氢原子，在15小时的实验中，共观测到9个反氢原子。但由于反氢原子处于正物质包围中，经历一亿分之三秒（3×10-8秒）后正、反物质发生湮灭。1996年美国费米国立加速器实验室成功制造了7个反氢原子。2000年9月18日欧洲核子研究中心在世界9个研究所，39名科学家的通力合作下宣布已成功制造出约5万个低能态的反氢原子，这是人类首次在受控条件下大批量制造**物质，是反物质研究的“一个重要里程碑”。反物质原子合成2000年8月10日，欧洲核子研究中心宣布投入使用“反质子减速器”，科学家们从而更容易地制造出大量反物质原子。反质子减速器是一个圆形混凝土盒，周长188m，耗资1150万美元。它利用磁场将高能反质子和正电子冷却、减速和聚积，最终在电磁场束缚下形成大量反氢原子，这些“冷”反氢原子温度仅比绝对零度略高几度，为以后研究其特性提供可能。由上述我们可以看出，要制造出大量反氢原子并进行研究必须解决三个最重要的问题，一、反质子、正电子的大量制备。二、反质子、正电子的减速冷却。三、反物质存储问题。