正反物质的湮灭反应

UFO爱好者

在通古斯曾经发生过一次大爆炸，连地球另一端也感觉到这爆炸产生的震动，叫做通古斯大爆炸．如此巨大的爆炸居然连一个碎片也未找到，科学家疑此为一个由反物质构成的小行体撞击地球，与空气发生湮灭反应导致如此威力巨大的爆炸．可能宇宙某一处有反物质构成的世界，或许还有反物质构成的生命。
湮灭反应是一种宇宙中能产生大量能量的物理反应。这就是爱因斯坦发现的应用于现代核反应的物理理念。有科学家曾经做过研究，计算得出，一百微克的物质就能用于一次宇宙飞船的任务总需求的能量。
    物质和它的反物质相遇时，会发生完全的物质能量转换，产生如光子的能量形式，这个过程称之为湮灭（英文：annihilation），又称互毁、相消、对消灭。例如电子与正电子之间的有效碰撞后消失并产生夸克等新物质与高能光子（y射线）等能量的过程。
   宇宙中存在着我们看不见摸不着的反物质世界;，它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子核是由反质子和反中子构成的反核，外有正电子环绕。反物质一旦同我们世界的正物质接触，便会在瞬间发生爆炸，物质和反物质变为光子或介子，产生湮灭现象。
  所谓湮灭反应，就是正反物质相遇所产生的爆炸。大家几乎都知道在宇宙这个自然界有原理或工作正好相反的物质，我们为区分它们，所以叫它们正物质与反物质．这两个物质一旦相遇便会产生爆炸。
    英国物理学家狄拉克把量子力学与高速运动所必须的相对论力学相结合导致产生了反物质的概念。1932年，由美国物理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子，从而证实了狄拉克的理论。
    在宇宙中，天文学家们发现经常会出现一种爆炸，经过科学家们的分析，这种爆炸是由正、反物质的湮灭其遵守爱因斯坦的质能守恒定律E=mc^2中E为湮灭产生能量，m为物质湮灭前总质量，c为光速3x10^8米/秒。举例来说，二分一克反物质湮灭所产生的能量和广岛市原子弹爆炸所产生的能量相当。(即是一克反物质湮灭所产生的能量约为20-30千吨TNT当量，或者是大约200万千卡)引起的，威力巨大，同时伴随有γ射线的产生，景象十分壮观。
    湮灭一旦发生，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式E=mc^2释放巨大的能量，就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃烧方式。我们可以比较一下每公斤星际飞船发动机燃料的效果，很理想的化学反应可以产生1×10^7焦耳的能量，核裂变产生8×10^13焦耳，核聚变产生3×10^14焦耳，而反物质的湮灭能产生9×10^16焦耳，是氢氧化学反应的1百亿倍，太阳核心热核反应的300倍。
     一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年，而航天飞机那么巨大的燃料箱和推进器中的燃料完全可以用100毫克的反物质代替。据科学家们估算，每百万分之一克的反质子与质子发生湮灭(爆炸)后释放的能量相当于37.8公斤的TNT炸药，其威力之大令世人震惊。
    在通古斯曾经发生过一次大爆炸，连地球另一端也感觉到这爆炸产生的震动，叫做通古斯大爆炸．如此巨大的爆炸居然连一个碎片也未找到，科学家疑此为一个由反物质构成的小行体撞击地球，与空气发生湮灭反应导致如此威力巨大的爆炸．可能宇宙某一处有反物质构成的世界，或许还有反物质构成的生命。
    美国物理学家杰拉德·史密斯近十几年来一直在追寻反物质，他想用磁场把反物质“囚禁”在一种特殊容器中，以便利用反物质为燃料制造亚光速宇宙飞船。
物质与反物质在绝对零度的环境下是否能发生湮灭反应。
玻色–爱因斯坦凝聚只能发生在同种粒子之间，而能够湮灭的正反粒子必然不是同种粒子，所以不会有正反粒子的玻色–爱因斯坦凝聚，于是也就无所谓玻色–爱因斯坦凝聚减缓湮灭反应速度的问题了。
另外，温度是宏观概念，所以，除非是热平衡系统，微观粒子一般无所谓温度。当然，对于大量的正反物质粒子来说，即使没达到热平衡，有时也可近似使用温度概念。此时，温度越低，粒子运动得越慢，正反粒子相遇的几率也就越低，整体的湮灭速度就越低。
还有，不仅热三律限制绝对零度的达到，波粒二象性也会阻碍绝对零度的达到，而且低温时，波粒二象性的特征反而还会增大粒子相遇的几率，尽管低温对应的低速会减少这一几率。
银河系中心探测到神秘信号：或为暗物质湮灭



费米空间望远镜视野中，伽马波段的宇宙。中间红色的部分是银河系的盘面
    据美国《连线》杂志网站报道，天文学家接收到一个来自银河系中心的奇特信号，并且越是仔细审查这个信号，科学家们就越倾向于认为其代表了暗物质湮灭的信号。如果得到证实，那么这将是人类首次监测到来自暗物质发出的信号。
　　暗物质是宇宙中一类神秘的无形物质，其占据整个宇宙中物质总量的大约85%。暗物质悬浮在星系之中，但在星系的核心部位相对更加聚集。在这些区域，一个暗物质粒子将有可能遭遇到空间中的另外一个暗物质粒子。如果这两个粒子相撞，它们将发生湮灭反应(暗物质粒子是其自身的反物质)，并释放出γ射线。
　　为了搜寻暗物质的信号，天文学家们使用美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜对整个银河系内的γ射线辐射源进行扫描。随后他们尝试将这些被检测到的辐射源与所有已知的源进行比对。他们在图上标出宇宙中气体尘埃云团的位置，这些天体会发出辐射，并将这些目标产生的辐射从伽马射线图中剔除。接着他们标出所有恒星的位置，并将它们产生的辐射同样予以剔除，以此类推，他们逐次排除掉所有可能的辐射源。一旦所有的这些辐射源被排除，他们所获得的数据中仍然有所剩余，无法用已知的过程予以解释。
　　2月26日，有关这项研究的论文发表在arXiv网站上，这是一个主要刊载正处于同行评审过程中的新论文的专业网站。美国费米国家加速器实验室的天体物理学家丹·霍普(Dan Hooper)是这篇研究论文的合著者，他说：“我们越是对这一信号仔细审查，就越觉得这是一个来自暗物质的信号。”
　　2009年以来，霍普便一直坚持认为这一明亮的信号是暗物质的线索。根据霍普小组的最新数据，这一γ射线辐射可能是一些具有30~40 GeV能量的高能暗物质粒子相互碰撞时产生的。相比之下，一颗质子的能量一般仅有1GeV左右。
　　然而星系核心是一个神秘的区域。那里还存在很多其他的伽马射线辐射源可能表现出与暗物质非常相像的性质，或者那里还存在一些目前还尚未被发现的现象，同样可以解释这样的辐射。目前大部分的研究人员还尚未承认霍普的此项发现。其中一项常常被引用的疑虑是，这些数据中表现出来的多余辐射也有可能来自于毫秒级脉冲星。这是一种已经死亡的恒星遗骸，具有极高的转速，并释放出巨大的能量。天文学界目前对于这种神秘天体具体运作机制的理解还很浅薄。
     
  
        
　　研究论文的另一名合著者，美国哈佛大学的天文学家道格·芬克贝纳(Doug Finkbeiner)表示：“如果你想要解释位于星系中心的某些奇特现象，你就直接可以挥挥手，说‘那一定是毫秒脉冲星’。”
　　芬克贝纳很久之前便一直认为费米空间望远镜数据中的多余信号强度代表了暗物质湮灭现象。他知道星系的中心区域非常奇特，充满着很多预料不到的现象。比如在2010年，天文学家们便发现从银河系的核心向上下两侧伸展出两个巨大的气泡结构，延伸超过5万光年。而此前天文学界对此却一无所知。在对霍普的数据进行仔细分析之后，芬克贝纳相信那里的确有些什么东西。
　　当星系形成时，引力作用使大量物质聚集并开始旋转。当物质旋转时，大型的星系开始冷却并形成扁平化的结构，就像一块大披萨，从而形成在望远镜中所看到的涡旋状结构。实际上暗物质构成了星系质量的大部分，但它却无法被像其他物质那样扁平化，因为它与电磁力根本不会发生相互作用，与后者的相互作用将会使其发出热辐射。于是暗物质仍然逗留在一个围绕银河系存在的巨大物质晕结构之中。因此，任何暗物质的信号都不应仅仅来自于银河系的星系平面，而是也应当存在来自银河系平面之上或之下的信号，那些部位的恒星数量相对稀少且相互之间距离较为遥远，但那里存在着大量的暗物质。
　　问题在于，银河系的中心区域极为明亮。那里数以十亿计的恒星发出难以想象的巨大光芒，其亮光远远延伸至银河系平面的上下两个方向的遥远区域。因此要想证明这一神秘信号的确来自暗物质而非其他来源，首先需要非常精确的确定其分布地图。但不幸的是，费米空间望远镜的观测能力在这一疑似暗物质辐射信号显现的波段分辨率并不够高。通过与美国麻省理工学院物理学家翠西·斯莱特尔(Tracy Slatyer)之间的合作，芬克贝纳对费米望远镜的数据进行仔细梳理，并找到了排除那些干扰信号的方法。采用这种方法处理之后的数据非常清晰的显示出这一神秘信号的来源分布在那些只有很少恒星存在的区域。芬克贝纳表示：“答案有所改善。看起来它更像来自暗物质，而非脉冲星。”
　　经过处理之后的清晰数据终于开始引起一些研究人员的注意。纽约大学理论物理学家尼尔·维纳(Neal Weiner)表示：“未来的哪天我们或许会将今天的这个时刻视作是暗物质被首次发现的日子。”他表示，具有高达30~40 GeV能级的性质将让这些暗物质粒子显得非常有趣，因为那将是可以在大型强子对撞机(LHC)中呈现的粒子性质。但事实是我们并未在大型强子对撞机实验中观测到类似的粒子，这可能说明构成暗物质的粒子结构要比我们简单的粒子模型预测要更复杂。
　　但除此之外还有很多疑问。美国加州大学圣克鲁兹分校的物理学家史蒂芬诺·普罗夫莫(Stefano Profumo)表示：“假如问题是：我们真的发现暗物质了吗？那么我真的会非常谨慎地来回答这个问题。”因为实在是还有很多从我们地球上观点来看非常不确定的因素在其中，如在银河系的核心区域，那里的宇宙射线密度和能级都是不同的。
     
  
        
　　而即便其本人也是这篇研究论文的合著者之一，但芬克贝纳也对这一课题持有谨慎态度。他只是认为，从目前来看，对费米空间望远镜的数据中出现的异常，暗物质的湮灭应当是最好的解释。但宇宙如此广袤，或许仍然存在一些我们尚未能发现的未知天体和现象。
　　要想确切的回答这一问题，科学家们可能将需要对矮星系进行研究，这些星系质量的99%由暗物质贡献，并且其中由其他现象造成的，可能与暗物质信号相混淆的干扰非常少，因而可以成为很好的研究对象。但即便如此，费米空间望远镜仍然将需要花费长达数年的时间仔细观察这些天体，才能获得足够多的数据来支持或否定这项结论