反物质是什么？中国反物质武器研制成功了吗？

伤我心太深

　　反物质是什么

　　去年，来自上海的上海光机所强场激光物理重点实验室对外宣布，他们利用激光的功能成功的获得了反物质，这一发现也刷新了我国在反物质研究上的一个记录，成为了我国科学家首次利用激光来获得反物质的例子，但是相信还是有很多人的人都不清楚何为反物质，它和我们日常所知道的物质概念有什么不同呢，本次来自上海的团队获得的反物质有什么作用呢，利用激光获得反物质在哪些方面有什么样的作用呢，本文将会详细的为大家进行解释，并且还会给大家科普一下反物质对于人类的意义，以及反物质武器的可怕性。




　　反物质是什么


　　反物质概念是英国物理学家保罗•狄拉克最早提出的。他在1928年预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子，例如反电子，其质量与电子完全相同，而携带的电荷正好相反(A)。 且反电子的自旋量子数是-1/2而不是正1/2。


　　反物质是一种人类陌生的物质形式，在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的，1986年首次发现反物质，由于极少量的物质同它的反物质相互作用，能够释放出极大的能量。已经发现了300多种基本粒子，这些基本粒子都是正反成对存在的，也就是说，任何粒子都可能存在着反粒子，2010年11月17日，欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。2011年5月初，中国科学技术大学与美国科学家合作制造了迄今最重反物质粒子——反氦4。

　　反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。能量释放率要远高于氢弹爆炸。 在丹•布朗的小说《天使与魔鬼》里，恐怖分子企图从欧洲核子中心盗取0.25克反物质，进而欲炸毁整座梵蒂冈城。





　　反物质：这七件事你肯定不知道


　　1、人类创造的反物质数量极少

　　物质与反物质湮灭，能够释放数量惊人的能量，比如，1克反物质产生的能量，可以与原子弹爆炸的威力相媲美，因而它是有着巨大潜力的新能源。然而，迄今为止，人类只创造出了极少量的反物质。

　　比如，在美国最大的高能物理研究实验室——费米实验室，这里拥有目前世界上能量输出最高的粒子加速器，也就是著名的Tevatron质子/反质子加速器，它能将质子加速到接近光速。迄今为止，这个加速器创造出的所有反质子加起来只有不到15毫微克(1毫微克=10-9克)。

　　而世界上最大的粒子物理研究中心——欧洲粒子物理研究所创造出的所有反物质只有1毫微克。在德国汉堡的德国电子同步加速器，至今大约只有2毫微克的正电子被生产出来……
　　如果人类历史上所有生产出来的反物质全部湮灭，产生的能量甚至不足以煮开一杯茶水。

　　究其原因，问题主要是出在反物质的生产和存储的成本，还有生产的效率上。生产1克反物质将需要2500万亿千瓦时的能量和超过1千万亿美元的成本。由此我们不难想象，人造反物质到底会有多么珍稀。

　　2、有种东西叫做反物质陷阱


　　为了研究反物质，首先你需要很好地储存它，防止它湮灭。现在科学家们已经发明了存储它的方法。
　　带电的反物质粒子，比如正电子或者反质子，它们全都可以被一种叫做“彭宁陷阱”的装置存储起来。

　　彭宁陷阱犹如一种微型的粒子加速器，在其内部，反物质粒子沿环形管道不停地做旋转运动，同时磁场和电场将它们囚禁在真空中，使之免于碰到装置的“墙壁”而湮灭。
　　但是，彭宁陷阱无法囚禁中性反物质粒子，比如反氢原子，因为反氢原子没有电荷，无法被电场限制起来，因此彭宁陷阱无法发挥作用。
　　不过科学家们找到了另外一种陷阱——“约费陷阱”，它可以创造一种沿任意方向磁场都会增大的空间。粒子会被困在约费陷阱中磁场最弱的那一点，就好像珠子只能在碗的底部滚来滚去一样。

　　地球的磁场同样也可以充当一种反物质陷阱。科学家们已经在地球周围的空间探测到了一种反物质——反质子粒子构成的狭长条带，它被夹在地球的范艾伦辐射带两个层面之间。范艾伦辐射带是环绕地球的高能粒子辐射带。

　　当高能宇宙射线击碎了地球上层大气中的分子时，会形成大量的自由粒子，这些自由粒子和击碎它们的宇宙射线粒子一道，最后都会被范艾伦辐射带俘获，形成像甜甜圈一般的辐射区。
　　科学家们通过卫星发现，在所谓的“南大西洋辐射异常区”(位于南美洲东侧南大西洋，这里的辐射强度只有正常辐射区的一半)的上空，卫星能够探测到浓度很高的反质子粒子聚集区。
　　这些反质子粒子像宇宙射线粒子一样被困在了地球磁场中，在距离地面一定高度的高空，空气密度已经非常稀薄，那里的反物质粒子与正常粒子湮灭的损失会比较小，从而可以在范艾伦辐射带中出现一个反物质带。


　　3、反物质可能会往上“掉”


　　反物质粒子和物质粒子拥有相同的质量和截然相反的电荷自旋属性。按照标准模型的预言，重力对于物质和反物质的影响应该是相同的，然而，实际情况是否如此还有待观察。
　　一些科学家就提出了不同的观点：反物质可能会抵制引力，换句话说，它们可能会往上“落”。
　　观察重力对反物质的影响并不像看到一颗苹果从树上落下那般容易。这些实验需要把反物质控制在陷阱中，还要通过降温(温度降至略高于绝对零度)来使反物质的速度慢下来。
　　由于重力是最微弱的基本力，在实验中物理学家们必须使用中性的反物质粒子，以防止更强大的电场力的干扰。
　　所以，要弄清楚一颗“反物质苹果”会落下来还是“掉”上去，科学家们还有很长的一段路要走。



　　4、研究反物质需要粒子减速器


　　你听说过粒子加速器，但是你可能并不知道还有粒子减速器。
　　欧洲粒子物理研究所耗资1000多万美元专门建造了被称为反质子减速器的装置，它是一个环形存储盒，周长188米。
　　在诸如大型强子对撞机那样的环形粒子加速器中，粒子每旋转一周就会获得能量。反质子减速器则相反，反质子越转越慢，减速器可以利用磁场将高能反质子减速成速度约为光速十分之一的反质子。

　　科学家们希望利用减速器产生的反质子进行实验，比如用磁场对反质子进行约束，或将反质子与正电子结合成为反氢原子。原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成的，如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子，那么就是反原子，由反原子就可组成反物质。
　　科学家们认为，宇宙诞生时产生了大体相等的物质和反物质，那么现在这些反物质到哪里去了?一种说法是，在宇宙的某些地方存在着由反物质组成的星系。还有一种说法是，宇宙诞生时产生的物质比反物质多了一点，物质与反物质相互湮灭后，剩下的物质就构成了现在的宇宙。
　　为了解开反物质之谜，科学家们需要在实验室中制造反物质，进而才能研究反物质。
　　目前在实验室中制造正电子、负质子等反基本粒子已经不难，而将正电子与负质子组成反原子却十分困难，因为将这两种粒子结合在一起并且能证实它们结合成反原子的工作十分复杂，而这种工作，只能依靠反质子减速器才能完成。


　　5、中微子可能是它们自身的反物质粒子


　　带有相反电荷的物质粒子和它的反物质伙伴常常是很容易区分的，但是中微子却有些特别。作为宇宙中大量存在的粒子之一，每秒钟有几十亿颗中微子以接近光速的速度经过每一寸人体。然而，由于这些几乎没有质量的神秘粒子既不带电荷、又不怎么与其他物质相互作用，因此监测到它们异常困难。

　　20世纪30年代，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳提出中微子可能是自己的反物质粒子。

　　如果这个理论是正确的，那么科学家可能能够看到超级罕见的事件，也就是中微子双β衰变，它指的是放射性的原子核衰变，释放出两个电子和两个中微子，由于中微子可能是自己的反物质粒子，它们会相互碰撞并相互湮灭，科学家们将只会观察到电子。

　　如果能够证实马约拉纳的预言，这对于解释对称性破缺是有帮助的。科学家们假设中微子原有轻、重两种。现今我们探测到中微子都是轻的那一种，而重的那一些在大爆炸之后很快就没有了。如果能够解释重的中微子消失的原因，那也许就能够解开物质存在之谜了。



　　6、反物质已经有所应用


　　反物质虽然难以获得、难以存储，但实际上，反物质已经在某些领域得到应用了。
　　比如，正电子发射断层显像术(PET)正是使用正电子产生人体高分辨率的图像。一些人体中新陈代谢必需的物质，比如葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸，它们可以标记上能够释放正电子的放射性同位素(比如香蕉中的钾-40)，注入人体。

　　在人体内的不同组织中，放射性元素释放的正电子和电子湮灭，可以产生用于构造图像的伽马射线。一些容易患病的高代谢的恶性肿瘤组织中，葡萄糖代谢旺盛，因此正电子聚集会较多，这些组织的特点就能够更详尽地通过图像反映出来。
　　欧洲粒子物理研究所的科学家们也正在将反物质视作治疗癌症的潜在手段，他们已经进行了多次反质子治疗癌细胞实验。这里拥有世界上唯一一个反质子减速装置，有了这个装置才能产生低能高品质的反质子束。


　　由于物质和反物质粒子碰到一起的时候，它们就会湮灭，释放能量。反质子癌细胞治疗实验就可以利用这一性质，使入射的反质子和肿瘤细胞中原子内的一部分质子发生湮灭，而湮灭后释放出来的能量产生的新粒子可以接着破坏邻近的肿瘤细胞。

　　目前的质子束治疗通常使用质子来摧毁病人体内的肿瘤细胞。科学家曾经比较了治疗癌症的实验。
　　在实验中，科学家们分别用质子束和反质子束打击仓鼠细胞，结果显示，杀死同样多的癌细胞，反质子所需要的量只是质子的四分之一，这样就显著减少了粒子束经过正常细胞的量。
　　由于反质子在杀死目标区域的癌细胞的同时较少影响健康组织，这种粒子束将在治疗复发癌症方面具有很高的价值。
　　科学家们希望下一步能检验人类的临床效果，不过这预计将会是10年之后的事情了。



　　7、人们已经在研究如何用反物质发动宇宙飞船


　　少量的反物质就能够产生相当大的能量，这使得反物质成为未来最受欢迎的燃料。在理论上，用反物质作为燃料来推进火箭是可行的，主要的问题在于如何才能收集起足够量的反物质。
　　目前还没有技术能够量产反物质并使之发挥作用，然而，少数科学家已经开始进行反物质发动机的仿真研究了。


　　比如，美国肯特州立大学的科学家们对反物质火箭可以达到的性能进行了计算。他们用计算机软件模拟粒子在大型强子对撞机中的行为特点，在对撞机内部，一束质子流和一束反质子流迎头相撞，就会产生巨大的能量。如果以此为基础可以设计一种引擎设备，那么以这种反物质作燃料的飞船的飞行速度将是非常惊人的。
　　科学家们计算的结果显示，一艘采用正、反物质湮灭反应驱动的超级飞船，其在太空航行的速度可以达到光速的70%。如果乘坐这样一艘飞船，从地球出发前往距离最近的一颗恒星比邻星(即半人马座α，距离地球4.2光年)只需要6年时间。


　　如果有一天，我们能够解决反物质的供应问题，届时星际旅行将不再是梦。


　　反物质的发现过程


　　在30年代初，就有人发现了带正电的电子是一种带有负电的亚原子粒子，这是人们认识反物质的第一步。到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

　　欧洲航天局的伽马射线天文观测台，证实了宇宙间反物质的存在。他们对宇宙中央的一个区域进行了认真的观测分析。发现这个区域聚集着大量的反物质。此外，伽马射线天文观测台还证明，这些反物质来源很多，它不是聚集在某个确定的点周围，而是广布于宇宙空间。2000年9月18日，欧洲核子研究中心宣布他们已经成功制造出约5万个低能状态的反氢原子，这是人类首次在实验室条件下制造出大批量的反物质。

　　欧洲原子研究中心的科学家们在欧洲当地时间的2010年11月17日表示，通过大型强子对撞机，他们已经俘获了少量的“反物质”。当然，这些“反物质”只是少量的反氢原子而已，但这一发现也是引发了科学家极大的反响。这是物理学界的突破性发现，也是人类首次捕获到反物质。500克反物质的破坏力可以超过世界上最大的氢弹。

　　而在2011年由多位中国科学家参加的美国布鲁克海文国家实验室RHIC-STAR国际合作组探测到氦核的反物质粒子——反氦核。这种新型粒子又名反阿尔法粒子(α粒子)，是迄今为止所能探测到的最重的反物质原子核。STAR国际合作组的该研究成果在线发表在《自然》杂志。


　　2011年6月5日欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过15分钟。同时在自然界也有‘反物质’的能动能效--反应为反物质凝聚。上海光机所利用飞秒拍瓦激光装置和高压气体靶相互作用产生大量高能电子，高能电子和高Z材料靶相互作用，由韧制辐射机制产生高强度伽马射线，伽马射线再和高Z原子核作用产生正负电子对。正电子谱仪经过精心设计，成功解决了伽马射线带来的噪声问题，利用正负电子在磁场中的不同偏转特性，实验中在单发条件下就成功观测到了正电子。这是我国首次报道利用激光产生反物质。


  


　　上海研究所发现的反物质科学意义


　　2016年3月10日，中国科学院上海光机所强场激光物理重点实验室宣布其利用超强超短激光成功产生了反物质——超快正电子源，这也是我国科学家首次利用激光成功产生反物质，这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用。


　　这一重要发现再次引起各界对于“反物质”的关注，而这一经常出现在科幻电影中的名词其实并没有那么神秘和遥远，我国科学家近年来在反物质领域也取得了许多突破性进展。
　　上海光机所早在2001年就开始超强超短产生正负电子对的理论研究，提出利用强激光和纳米薄膜靶相互作用产生正负电子对。该工作在国际上得到了广泛关注，超强超短激光产生的超快正电子源，获得反物质超快正电子源将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来，在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域都有广泛的应用前景。




　　反物质发展的走向之反物质武器


　　对于反物质的研究目的有几个方面的应用，比如说人类未来的生活能量来源、人类宇宙飞行的强力能源、反物质武器的制造等，其中反物质武器的制造已经有了几十年的历史了，在西方国家，反物质被证实的时候就已经开始了反物质武器的研发，而我国是在八十年代初的时候开始研制反物质武器的，下面为大家介绍一下关于反物质武器的相关知识。



　　反物质武器的起源


　　1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区的森林里，突然发生了一次史无前例的大爆炸。其威力相当于1000枚原子弹同时爆炸，数百平方公里内的城镇与森林在爆炸中被毁灭。科学界迄今仍无法解释这次爆炸的原因，因此有很多的科学家认为，这个爆炸的根本原因就是由于反物质武器造成的。


　　经过将近十年的研究，2009年9月爱德华兹当天主持了一次代号为“反物质特攻-2008”的电脑模拟演习：201X年，一名美军士兵携一枚反物质定时炸弹潜入C国首都，在市中心临近C国总参谋部大楼的公共厕所内安装好后从容撤出。军事行动开始后，反物质定时炸弹爆炸，C国总参谋部大楼和附属设施化为灰烬，而这名士兵所携的反物质炸弹只有五千万分之一克!随后，一枚反物质脉冲炸弹在C国电力和通信网络上空引爆，刹那间，该国的军事和社会活动彻底瘫痪，看得目瞪口呆的五角大楼高官惊叹：“几克重的反物质炸弹就能毁灭地球了!”。




　　反物质武器的特点


　　1、虽然威力巨大，但是其附带杀伤效应较小。新一代核武器强化了核反应中的部分杀伤效应，同时抑制了其他杀伤破坏因素的产生;
　　2、杀伤手段和杀伤破坏目标更为单一。新型核武器可以只利用爆炸产生的冲击波或是电磁脉冲或是其他的杀伤破坏因素，来攻击特定的目标或设备，令使用者在使用核武器攻击时有更大的选择余地，也更加灵活。
　　3、研究手段中高科技含量非常高。但是，因为反物质本身之谜还没有揭开，所以研制反物质武器仍然是任重而道远。要想把反物质武器从设想变为现实，还需要科学家们的不懈努力。




　　反物质研究的未来发展


　　反物质的巨大军事应用潜力强烈吸引着军界。美国五角大楼对研制反物质武器很感兴趣，斥巨资加以研制，美国空军正在进行一项名为“革命性炸药”的反物质武器研制计划，因为常规核武器除了威力巨大外，还会产生核辐射，会污染战区的土壤、水源和空气，并对生物和植物造成巨大辐射伤害，引起人道主义灾难。而使用反物质武器则相对“干净”，不用担心核残留。如果美国研制出反物质武器，那么，美军在战场上将更加无所顾忌——由于它没有核残留，美军可能会将其归类为常规武器，如此归类的话就会带来一个最严重的问题，那就是战争格局的完全改变。


　　无论是对于反物质本身的研究，还是对于反物质武器的研究，人类还有很长一段时间，如果按照科学家的预测来推算的话，在不久的将来，反物质武器必将会研制成功，带来的结果就是会出现一种威力远远超过原子弹的武器，对于人类的生存来说是一个更加巨大的威胁，不过人类对于反物质的研究或许还能造福于人类的生活。


　　宇宙中真的存在反物质吗?宇宙中的反物质是什么?


　　中学课本明明确确地告诉我们，世界是由物质组成的。但是，现如今，这一传统观点面临着新的挑战。有科学家提出与物质正好相反的“反物质”概念。如果反物质是存在的，那我们长期以来岂不是在坚持着错误的理念?反物质究竟是什么?它真的在宇宙中存在吗？


　　反物庾和物质是两个完全不|一J的概念，它们是相对立的。众所周知原子核是原子的中心，物质是由原子构成的，而物质又构成了世界。原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子与质子一正一负，但是所携带的电量相等。质子和电子在质量上具有强烈的不对称性，质子的质量是电子质量的1840倍。这引起了科学家的关注。因此，在20世纪初，有一些科学家就认为二者相差悬殊，因而应该有另外一种粒子，它的电量相等而符号相反。“反物质”概念的最初观点是：存在一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质量相等但携带正电荷的粒子。


　　根据狭义相对论和量子力学原理，英国青年物理学家狄’拉克于1928年提出了这样一个设想：带负电的电子和一种与电子一样但能量与电荷都为正的正电子，在自然界中同时存在。这种电子可以称为电子的“反粒子”。狄拉克认为，物质和反物质一旦相遇，就会互相吸引，并发生碰撞而“湮灭”，各自的质量也消失了，并释放出大量能量，这些能量以伽马射线的形式出现。这就是为什么在我们周围的物质世界中，天然的反物质不可能存在的原因。


　　狄拉克的这一设想，极大地震动了科学界，这种设想得到了科学界的认同，因而，他们极力寻找和制造反物质。


　　安德森是美国的物理学家，他在1932年研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。他在研究过程中，意外地发现了一种粒子，这种粒子的质量和电量都与电子完全相同，唯一不同的是在磁场中弯曲时，其方向与电子相反，这说明它是正电子。这一发现不仅论证了狄拉克的设想，而且在很大程度上激励了人们研究反物质的热情，他们纷纷投入到寻找反物质粒子的工作中。1955年，钱伯林和西格雷两位科学家在美国的伯克利，利用高能质于l—J步加逑器友现，及厦于019i'/，半，四裕雷等人又观察到了反中子。


　　1978年8月，欧洲一些物理学家成功地分离了300个反质子达85小时，并成功地储存了这些反质子。美国新墨西哥州立大学的科学家于1979年进行了一个实验，在实验中，一个有60层楼高的巨大氦气球，被放到高空，在离地面35千米的高度上气球飞行了8个小时，捕获了28个反质子。人们的兴趣因为这些层出不穷的关于反质子的发现，而被完全激发出来。反中子和中子一样都不带电，但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转，反中子也不断旋转，但其旋转方向与中子恰恰相反。物理学家们顺着这个线索继续寻找下去，结果，发现了一大群新奇的粒子。到目前为止，已经有300多种基本粒子被发现，这些基本粒子都是正反成对存在的，这说明，任何粒子都可能存在着反粒子。


　　这样，在理论上，用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想是成立的。人们利用粒子加速器在实践中人工制造出由一个反质子和一个反中子组成的反氘核，这个反氖核是由美国布鲁克海文实验室研制成功的，它是人工制造出的第一类反原子核。第二类反原子核是由两个反质子和一个反中子组成的反氦-3核。前苏联在塞普霍夫加速器上曾获得5个反氦-3核。而反原子正是通过这些反原子核与正电子相结合而得到的。第一类人工制造的反原子，即11个反氢原子，是德国物理学家奥勒特等在1996年1月利用欧洲核研究中心的设备合成得到。为了庆祝这一意义重大的科研成果，欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人工合成。物理学家们预言，技术上进一步的改进将会使大量生产反物质原子的设想成为可能。


　　自然界中究竟有没有反物质存在?人们对于这个问题的观点各异。以往的一些理论


　　认为，止物质布u及韧厦征于，卣甲zxjNJ<阴、同样多的。虽然，在地球上，反物质只能出现在实验室里，且时间短暂，但是可能存在一些星系是由反物质构成的，它们在茫茫宇宙中的某些部分存在。与地球截然不同的是，在那些星体上正物质是很少存在的，而反物质的存在是极其“正常”的。物质与反物质在电磁性质上相反而其他方面均相同，那么，物质与反物质在宇宙总磁场影响下，各自向宇宙的相反方向集中，就会分别形成星系与反星系。根据这种观点，宇宙应该划分为由正物质和反物质构成的两个部分。可以想象，由反物质构成的星系应该距离我们极其遥远。但是，关于反星系分布的直接证据，至今我们也无法获得。因为我们今天的天文观测手段还较落后，由反物质组成的星系与正物质组成的星系发出的光谱完全相同，我们无法将它们区分开来。


　　这从理论上讲，宇宙中存在一个反物质世界，应该是行得通的，可事实上并不这么简单。在地球上是不存在自然的反粒子和反物质的。科学家们研究发现，核反应中产生的反粒子被大量正常粒子包围着，所以产生出来没多久就会和相应的正常粒子结合，两者结合后，就会转化成高能量的光子辐射，反粒子便不存在了。可人们至今还没有发现这种光子辐射。因为普通物质无处不在，而反物质一旦遇到它就会湮灭，因此在我们地球上很难找到反物质。事实上，在地球以外的宇宙中反物质仍能以自然形态存在。由于反物质发出的光与物质发出的光一样，所以人们无法从恒星发出的光来判断它是物质还是反物质。因此人们推断，在宇宙中，由反物质构成的恒星是完全有可能存在的，或者存在于距别的星球足够远的孤立空间中，甚至在银河系中。自然界是有对称性的，这一规律决定了必同时存在着由物质组成的星体和由反物质组成的星体。不过因为物质和反物质一旦碰到就会湮灭，所以它们不可能同处在一个星体中。



　　自然存在的反物质究竟有没有在宇宙中存在，还有待于科学技术的进一步发展去证实。物理学家们努力在宇宙中搜寻反物质，希望能够找到它们。



　　据了解，通过研究宇宙射线，可以直接观测太阳系以外宇宙中的反物质。


　　宇宙射线中的反物质在地面实验室中很难探测到，因为在地球上空有一个稠密的大气层。宇宙射线穿越大气层时，会与大气碰撞而产生次级粒子，这些次级粒子又会与大气粒子碰撞产生更次级的粒子，这样几经反复，原始的宇宙射线在地面很难探测到，因此也无法确定宇宙射线中反物质存在的情况。为解决这个问题，人们想方设法把探测器送上大气的最高层，并一直希望能将探测器送到太空。在过去，为了探测宇宙射线中的正电子与反质子，人们多次用高空气球把高能反物质望远镜等探测器送到高空，但收获不大，从未发现过比反质子更重的反原子核。现在，随着航天技术的发展，到太空中寻找反物质已经不再是空想。


　　1998年6月3日6时10分(北京时间)，美国“发现号”航天飞机载着阿尔法磁谱仪，从肯尼迪航天中心发射升空。值得一提的是阿尔法磁谱仪主要由中国科学家参与研制。“发现号”航天飞机的成功发射，标志着探索宇宙反物质的重大科学实验的开始。


　　阿尔法磁谱仪的英文名字是AlphaMag-neticSpectrometer，简称AMS，它主要由上下各2层的闪烁体、永磁体、紧贴永磁体内壁的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等各种探测器组成。


　　在阿尔法磁谱仪中，其主体结构是一个空心圆柱体，其中的磁场强度为1400高斯，能长期在太空中稳定工作。其重量约2千克，长0.8米、高l米、直径1.2米。AMS可以根据磁场反应的粒子电荷以及粒子的速度、轨迹、质量等信息，推断粒子的正与反。


　　可以说，AMS是当今最先进的粒子物理传感器。


　　航天实验证明，在发射升空时的剧烈震动和严酷的太空工作环境下，阿尔法磁谱仪运行状况良好，经受住了考验，捕捉到许多带电粒子的踪迹，这些粒子是由次宇宙射线发出的。按照预定的计划，2001年2月，阿尔法磁谱仪被装载到阿尔法国际空间站上，进行长达3年的反物质空间探测。


　　人们探求反物质，不仅是为了证实理论的正确与否，更重要的是通过对反物质的研究获取巨大的能量。任意半吨物质与半吨反物质相遇，则发生“湮灭”，并且会放出能量，这种能量将是燃烧1吨煤所放出的能量的30亿倍。反物质是极干净的超级能源，同时更是最理想的宇宙航行能源。因为只要用正、反物质各1吨发生“湮灭”，“湮灭”所产生的能量就可以解决全世界1年所需的能量。而且“湮灭”后不会留残渣，也不会产生任何有害气体。据计算，10毫克的反质子可以产生相当于200吨化学液体燃料的推进能量，尽管只有一粒盐那么大。这些能量可以将巨型航天器轻而易举地送人太空。科学家们设想造一艘光子巨船，它的头部装一面巨大的凹面反射镜。只要将燃料库中的物质和反物质分别有控制地输送到凹面镜前，让它们在凹面镜前适当位置接触、“湮灭”，就会转化为极其强烈的伽马射线，即光子流。这种光子流被凹面镜反射出去，产生巨大的反作用力，就像气体从火箭喷口喷出一样，推动飞船航行。



　　虽然我们无法确定宇宙中有反物质，但是我们也不能过早地否定这种可能性。因为人类已观测到的最遥远的天体是距离我们100多亿光年的天体，但这并不是宇宙的边缘。我们不确定宇宙的边缘是否有边缘，它的边缘在哪里，更不知道在那遥远的地方是不是有反物质的存在。还有一种可能就是反物质其实一直存在于我们已经观测到的宇宙空间里，只是因为受制于技术手段，我们目前无法看到而已。