关于反物质问题

反质子、反中子和反电子如果像质子、中子和电子一样结合起来就形成了反原子。由反原子组成的物质就是反物质。当你照镜子的时候，如果你真的存在于镜子里，出现在你面前，会发生什么？科学家考虑过这个问题。他们在镜子里叫你“反你”。科学家想象在遥远的地方有一个和我们非常相似的世界。那将是一个由所有反明星、反房子、反美食等等组成的反世界。反物质是一般物质的对立面，一般物质是宇宙的主要部分。【编辑此段】粒子物理中的反物质概念。我们知道，自然界中的各种宏观物体都归结为它们的微观起源，它们都是由质子、中子和电子组成的。这些粒子因此被称为基本粒子，这意味着它们是构建世界万物的基本砖块。事实上，基本粒子的世界并没有那么简单。20世纪30年代初，带正电的电子被发现，这是人们认识反物质的第一步。20世纪50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始清楚地认识到自然界中任何基本粒子都有相应的反粒子。

电子和反电子质量相同，但电荷相反。质子和反质子也是如此。那么中子和反中子的性质有什么区别呢？事实上，粒子实验已经证实，粒子和反粒子不仅具有相反的电荷，而且所有其他性质都可以逆转。这里我们讨论一下重子数的概念。

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，但转化前后系统中的核子总数不变。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，与核子属于同一范畴，所以这些粒子被重新命名为重子，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。

因为重子数守恒，两个质子碰撞时不会产生包含三个重子的系统，那么反核子应该如何产生？实验表明，在碰撞中，反核子总是与核子成对产生。例如

P+P→N+N+N '+一些π介子

其中n代表质子或中子，n’代表反质子或反质子。反核子一旦产生，往往与附近的核子碰撞，成对湮灭。例如

N+N’→一些π介子

按照这种说法，宇宙中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。能

物质和反物质怎么可能不结合？宇宙中反物质在哪里？这仍然是一个有待解决的谜

对于比核子重的重子，情况完全一样。反重子总是与重子成对产生和湮灭。这些经历让人们意识到，重子数守恒定律需要重新认识。

现在人们把重子数b看成是一种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，也就是B=0。重子数守恒定律可以表述为:没有粒子反应会改变系统的总重子数b。这个表达式不仅反映了不涉及反粒子时的重子数不变，而且概括了反粒子和粒子的对产生和湮灭。现在我们很容易理解中子和反中子的区别。它们具有相反的重子数B，因此反中子可以与核子碰撞并导致湮灭，而中子则不能。

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，但是和反中微子有相反的轻子数。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，介子和规范粒子的数量是不守恒的。这样我们就可以看到，电荷只是粒子的一个性质，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在理论上首次证明了正电子的存在。这种正电子具有与电子相同的性质，只是它的电性与电子相反。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，美国物理学家西格里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。然而，问题并没有那么简单。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被吞并。其次，制造反物质非常困难，成本也很高，需要SSC或者LHC这样的高科技仪器，而且即使制造出了反物质，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是由重子数为正的质子和中子组成的。因此，这样的物质被称为正物质，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？这正是我们现在要讨论的问题。

从根本上说，反物质是物质的倒置形式。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)”。

美国国家航空航天局设想的正电子宇宙飞船(正在开发中)中有反物质宇宙吗？从哲学的角度来看，这个问题很容易回答。中国古代的太极图似乎暗示了它的存在，一些天文学家也认为有可能，但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认为不存在反物质。这意味着如果你找到了，那就是一个伟大的发现，证明这些理论家是错的。但最有可能的是，意味着你找不到。”

目前，已有16个国家的科学家参与了丁肇中进行的这项研究，投资高达100亿美元。很多科学家说，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。探测器将于2005年发射，并永远留在太空中。东南大学还将建立数据接收分析中心和培训中心作为配套项目。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，它可以产生巨大的能量。他现在主持的“寻找宇宙中的暗物质和反物质”的研究已经进行了很多年，目前已经取得了一些重要的成果。“不过，从这个领域的发展历史来看，人们应该做好心理准备。也许我们会发现意想不到的东西，与我们原本想研究的东西无关。”丁肇中谨慎地说道。

从拉普拉斯的伟大预言说起

天体有巨大的引力，在巨大引力的作用下，会发生各种反应，会发出光和热。物极必反，拉普拉斯(P？s？拉普拉斯)曾大胆预言宇宙中最大的天体可能是看不见的。当引力随质量增大时，天体就会变成一个什么都没有的区域，既不加热也不发光。现在我们称之为“黑洞”。所以宇宙大多是由看不见的暗物质或者反物质组成的。我们肉眼和天文仪器所能“看到”的只是恒星或星系形式的宇宙结构，它们只占宇宙的65，438+00%，90%的物质以暗物质或其他结构的形式存在。显然，对于可见物质来说，大引力的存在，预示着暗物质或反物质的存在。但是我们用光探测不到它们，用红外线、紫外线、x光也找不到它们的足迹。

同样，对应于现有的星系结构体系，是否存在与之相反的反宇宙结构体系？其实早在1898年，就有英国物理学家提出，和物质的存在一样，存在反物质的镜像。受限于当时的科学水平和实验条件，这种反物质的概念没有事实依据，所以宇宙深处存在由反物质组成的宇宙星云只能是一种纯粹的假设。

1997年，科学家宣布发现“反物质银喷泉”，极大地震动了整个物理学界，让科学家寻找反物质的热情骤然高涨。

1998年6月3日，丁肇中教授发起了具有全球意义的寻找宇宙反物质事件，使得这一领域一度成为全球科学家关注的焦点。