反物质是什么东西有什么用, 反物质是科学界提出的一种新物质。这种物质只存在于理论上,没有被发现。一旦发现这种物质,我们人类世界将会发生翻天覆地的变化。以下是边肖分享的反物质介绍。让我们来看看。
反物质的介绍
物理上是指带负电的物质,其反核由反质子和反中子组成。反原子核(反质子和反中子)形成反核,反核和正电子形成反原子,各种反原子形成各种反物质。
是否存在反物质
一些天文学家也认为有可能存在,但是现代天文学还没有拿出令人信服的证据。否定反物质的人很多。美国宇宙学家施拉姆说,“大多数理论家的直觉是反物质不存在。这意味着,如果你找到了,这是一个伟大的发现,证明所有这些理论家都是错的。但最有可能的,是你找不到的意思。"
丁肇中领导的这项研究涉及16个国家的科学家,投资超过1000亿美元。很多科学家表示,只要能发现宇宙中反物质的存在,那将是当之无愧的诺贝尔奖。该探测器于2005年发射,并永久停留在太空中。东南大学还将建立一个数据接收与分析中心和一个培训中心作为支持项目。丁肇中认为,如果反物质确实存在,当正物质与反物质碰撞时,会产生巨大的能量。他的“寻找宇宙中的暗物质和反物质”的研究已经进行了很多年,并取得了一些重要的成果。“但是,从这个领域的发展历史来看,人们应该做好心理准备。也许我们会发现一些意想不到的东西,这些东西与我们最初想研究的东西无关。”丁肇中非常小心地说道。
反物质实体的作用
为了打开反物质世界的大门,科学界在1957年动员了几千人的军队,花费巨资建造了大型加速器,成功俘获了反质子和反中子。1995年9月,科学家成功研制出反质子原子。反氢原子,这让人们看到了使用反物质的曙光。
反物质可能是航天器最理想的能源。
近日,一份反物质实验报告指出,当1克反物质与1克正物质碰撞并湮灭时,可以释放出巨大的能量。据计算,10毫克的反质子,一粒盐的大小,可以产生相当于200吨化学燃料的推进能量。从这个角度来看,反物质是最理想的航天器能源。
自从20世纪60年代人类进入太空以来,征服太阳系、进军银河系就成了人类一个宏伟的目标。然而,宇宙飞船要在无边无际的太空中翱翔多年。燃料是个大问题。只有反物质才能解决在飞船有限的空间内装载燃料进行长时间飞行的问题。
反物质也可以在医学上发挥作用。由于反质子能量释放和逃逸出体外的速度可以人为控制,对人体无害,因此,利用反质子产生的光束代替X射线治疗癌症,可以准确击中肿瘤,大大减少对周围正常组织的损伤。
征服太阳系,进军银河系,已经成为人类宏伟的目标。
然而,除了实验室里的反粒子,人类从未见过反物质实体。虽然有很多大胆美好的想法,但目前要得到1克反物质进行研究并不容易,因为反物质和反物质是不相容的。
另外,即使人类制造出反物质,如何储存和运输也是个大问题。科学家为此提出了两种方法:
一种是超导存储,即利用超导磁悬浮的原理,使反物质不与正物质接触。
第二种是捕获等离子体的“真空瓶”,即反粒子在瓶中以光速旋转,并具有;防止反粒子与瓶壁碰撞的强磁场紧紧地夹住了这些反粒子。这些想法能否实现,可能需要新一代科学家的努力。
反物质的主要概念
正电子和负质子是反粒子。与电子和质子相比,它们的电量相等,但电性相反。科学家设想宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质,即反物质。
电子与反电子质量相同,但电荷相反。质子和反质子也是如此。那么中子和反中子有什么区别呢?事实上,粒子实验已经证明,粒子和反粒子不仅电荷相反,其他性质也相反。这里先讨论一下重子的概念。
质子和中子统称为核子。从对核现象的研究中发现,质子可以转化为中子,中子也可以转化为质子,但体系中的核子总数在转化前后是恒定的。比如衰变发生时,放出正电子的称为“正衰变”,放出电子的称为“负衰变”。在正衰变中,原子核中的一个质子转化为一个中子,同时释放出一个正电子和一个中微子;在负衰变中,原子核中的一个中子转化为一个质子,同时释放出一个电子和一个反中微子。另外,电子俘获也是衰变的一种,称为电子俘获衰变。
20世纪50年代以来的粒子实验表明,比核子重的粒子有很多种,它们与核子属于同一范畴。这类粒子随后被改名为重子,核子只是最轻的代表。总的规律是,当粒子通过相互作用转化时,系统中的重子数不会改变。
因为重子守恒,两个质子碰撞不会产生三个重子的系统,那么反核子应该怎么产生呢?实验表明,在碰撞中,反核子总是与核子成对产生。比如p p N N N N '若干介子,其中N代表质子或中子,N '代表反质子或反中子。反核子一旦产生,往往会与周围的核子碰撞,成对湮灭。例如
N N’一些介子。按照这个推理,在宇宙的某个地方,一定存在一个反物质世界。如果反物质世界真的存在,那么它只有不与物质相遇才能存在。但是物质和反物质怎么会不相容呢?宇宙中反物质在哪里?这还是一个待解之谜。
对于比核子重的重子来说,情况完全相同。反重子总是与重子成对产生,又成对湮灭。这些经历让人们意识到重子守恒定律需要重新认识。人们把重子数B看成是描述粒子性质的电荷。正负重子不仅电荷相反,重子数B也相反,设任意重子重子数B=1,则任意反重子B=-1。介子、轻子、规范子等非重子没有重子数,也就是它们有B=0。重子守恒定律可以表述为:任何粒子反应都不会改变系统的总重子b。这个表达式不仅反映了不涉及反粒子时重子数不变,而且概括了反粒子和粒子的成对产生和湮灭。很容易理解中子和反中子的区别。它们有相反的重子数B,所以反中子能与原子核碰撞并引起湮灭,而中子不能。
此外,人们同样发现了轻子数守恒。中微子虽然不带电,也没有重子数,但却有与反中微子相反的轻子数。根据轻子数守恒,中微子和反中微子的物理行为也有很大不同。实验还表明介子数和规范粒子数不守恒。这样我们就可以看到,电荷只是粒子的一种性质,还有重子数、轻子数等物理量描述的其他性质。正负粒子的这些性质也是相反的。1928年,年轻的英国物理学家狄拉克首次从理论上证明了正电子的存在。这种正电子除了与电子电性相反外,其他性质与电子相同。1932年,美国物理学家安德森在实验室发现了狄拉克预言的正电子。1955年,美国物理学家西格雷等人用人工方法获得了反质子。此后,人们逐渐认识到,不仅质子和电子,所有微观粒子都有自己的反粒子。
这一系列的科学成就让人们更加接近反物质世界。但问题没那么简单。首先,在地球上很难找到反物质。因为粒子遇到反粒子,就像冰遇到火球一样,要么一起消失,要么变成其他粒子。所以在地球上,反物质一旦遇到其他物质就会合并。其次,制造反物质是相当困难和昂贵的,需要SSC或LHC这样的高科技仪器,而且即使制造了反物质,也很难保存,因为地球上的一切都是由物质构成的。
我们周围的宏观物质主要由质子和带正重子的中子组成。因此,这类物质被称为正物质,由它们的反粒子组成的物质相应地被称为反物质。从粒子物理的角度来看,正粒子和反粒子的性质几乎是完全对称的,那么为什么自然界中有大量的正物质,却几乎没有反物质呢?这正是我们想要讨论的。
反物质是正常物质的镜像。正常的原子由带正电的原子核组成,原子核外有带负电的电子。然而,反物质的成分正好相反。它们有带正电的电子和带负电的原子核。从根本上说,反物质是物质的倒置表现形式。爱因斯坦曾根据相对论预言反物质的存在:“对于一种质量为M,电荷为E的物质,必然存在一种质量为M,电荷为-e的物质(即反物质)”。根据物理学家的假设,宇宙诞生之初,产生了等量的物质和反物质,一旦接触,就会相互湮灭,爆炸,产生巨大的能量。然而,由于某种原因,今天的世界主要是由物质构成的,反物质似乎根本不存在于自然界中。正负物质不对称问题是物理学面临的一大挑战。
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