什么是反物质?
普通物质由普通原子组成,普通原子由普通亚原子粒子组成,这些亚原子粒子包括质子、中子和电子。反物质的组成恰好与正物质相反,组成反物质的基本粒子为反质子、反中子和正电子。反粒子具有与其对应粒子相同的质量和电荷量,但所带的电荷正负性和自旋刚好相反。例如,质子带正电荷,而反质子则是带相同数量的负电荷,但这两种粒子的行为是一样的。如果正反物质相遇,它们会立即发生湮灭,并释放出大量的能量,其效率远高于核能。
虽然反物质和普通物质相类似,但在我们所生活的宇宙中,反物质极其稀少,科学家对此还未完全弄清原因。根据现有的理论,反物质与正物质随着大爆炸一同产生。但由于某种偏差,使得几乎所有的反物质都湮灭掉了,最终只剩下了普通物质。
科学家可以在实验室中制造出反物质,通过使用诸如大型强子对撞机等粒子加速器,科学家能以极高的速度使粒子之间发生碰撞,从而产生少量的反物质。粒子减速器可用于捕获和减缓反物质,以供科学家深入研究。
事实上,在我们的周围存在着天然的反物质。例如,来自外太空的宇宙射线不断把反物质粒子引入地球的大气层。此外,香蕉和人体也会释放出反物质。因为香蕉和人体中含有钾-40,这是钾的一种放射性同位素。随着衰变,它每隔一段时间就会释放出正电子。
由于反物质与正物质湮灭会产生巨大的能量,因此,反物质通常在科幻作品中被用于宇宙飞船的燃料。根据计算,一克反物质产生的爆炸相当于一枚核弹。
在现实中,制造反物质的成本非常高昂。据估计,制造一克的反氢原子所需成本高达上百万亿元。目前,地球上所有粒子加速器产生的反物质还不够煮沸一杯水。
反物质和我们已知宇宙的中所有物质的电子、质子相比较,电量相等但电性相反。当反物质和正物质相遇后会怎样?他们会毁灭对方,两个粒子会消失,他们的质量会完全转化,成为某种高能的作用力携带粒子,比如光子或胶子。我们把这一个过程叫做“湮灭”。
反物质是什么?