反粒子最早是1928年 P.A.M. 保罗·狄拉克 理论上预言正电子而提出的,1932年被C.D. 安娜·安德森 实验发现而证实。每一种粒子都有一个和它的质量、寿命、 自旋 严格 相等 ,而电荷却正好相反的反粒子存在,这是 狄拉克 在他的正电子预言中提出来的。狄拉克方程预言了一种新的电子——正电子,从而开创了反原子、 反物质 、反世界的研究。
简介
在 原子核 以下层次的物质的单独形态以及轻子和光子,统称粒子。在历史上,有些粒子曾被称为 基本粒子 。所有的粒子,都有与其质量、寿命、自旋、 同位旋 相同,但电荷、 重子数 、 轻子数 、 奇异数 等 量子数 异号的粒子存在,称为该种粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外,粒子与反粒子是两种不同的粒子。
一些中性玻色子如光子、π介子等,其反粒子就是它们自己。
电子的反粒子──正电子,最早是由P.A.M. 保罗·狄拉克 在理论上预言的,随后在1932年在实验上由C.D.安德森等予以证实(见图)。质子的反粒子──反质子是在1955年被发现的。
迄今,已经发现了几乎所有相对于强作用来说是比较稳定的粒子的反粒子。
反粒子是相对于正常粒子而言的,它们的质量、寿命、 自旋 都与正常粒子相同,但是所有的内部相加性 量子数 (比如电荷、 重子数 、 奇异数 等)都与正常粒子大小相同、符号相反。有一些粒子的所有内部相加性量子数都为 0,这样的粒子叫做纯中性粒子,反粒子就是它本身,比如光子、π0介子等。并不是粒子物理学中的每种粒子都有这种意义上的反粒子,中微子就没有反粒子,反中微子的定义与此不同。
反粒子的概念首先是1928年由 英国 物理学家 保罗·狄拉克 在他的 空穴 理论中提出的。1932年在宇宙射线中发现了正电子,证实了狄拉克的预言。1956年 美国 物理学家 欧文·张伯伦 (Owen Chamberlain)在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子。进一步的研究发现,狄拉克的空穴理论对玻色子不适用,因而不能解释所有的粒子和反粒子。根据 量子场论 ,粒子被看作是场的 激发态 ,而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。
如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是 反物质 。
参阅
反物质
量子场论
大纲
装置
粒子加速器
潘宁 阱
反粒子
正电子
反质子
反中子
反μ子
反τ子
反电子中微子
反μ子中微子
反τ子中微子
用途
正子断层扫描
反物质燃料
反物质武器
机构
ALPHA Collaboration
ATHENA
ATRAP
CERN
KEK (BELLE)
SLAC (BaBar)
IHEP
捕获反物质
欧洲 核子研究中心的科学家们在欧洲当地时间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 ”,尽管只是少量的反氢原子而已,但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。
实际上,早在1995年,欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会 湮灭 ,因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝,科学家们根本无从研究它的真面目。这一次的实验亮点就在于这些反氢原子存在了大约0.17秒。尽管这个时间在普通人看来也许非常短,但对科学家来说,已比先前有了实质性的延长,足够他们进行较为深入的观察和研究。
欧洲核子研究中心的科研人员于2011年6月5日在 英国 《自然·物理》杂志上报告称,他们成功地将反氢原子“抓住”长达一千秒的时间,也就是超过16分钟。科学家在论文中说,他们在这一轮研究中,先后用 磁场 陷阱抓住了112个反氢原子,时间从五分之一秒到一千秒不等。
分析还显示,这次抓住的反氢原子大多数处于 基态 ,也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态 反物质 原子。如果能让反物质原子在基态存在10分钟到30分钟,就可以满足大多数实验的需要。
存储反物质
2010年,来自 欧洲 核子研究中心(CERN)的研究人员成功地存储了反物质,但维持时间仅不足1秒。欧洲核子研究中心能够存储由氢原子提取的反物质,存储时间长达16分钟,是此前存储时间的5000倍。
这项研究发表在《自然物理学》杂志上,揭晓欧洲核子研究中心阿尔法实验建立的一个“磁瓶”——超导磁铁,如何悬浮这些反原子远离墙壁,以及如何存储这些反氢原子。在过去近十年里,科学家在实验室内仅能保持数分钟的 反物质 ,这是由于该物质存储之后便遭到破坏,从而难以长时间进行存储。
项目研究科学家藤原诚(Makoto Fujiwara)教授说:“我们现已证实能限制性存储反氢原子至长1000秒,这与一场曲棍球比赛时间相差无几。这将是反物质研究领域一个重要转折点。”
参阅
反物质
基本粒子 - 轻子
粒子: 电子 | μ子 | τ子 | 中微子: | 电子中微子 | μ中微子 | τ中微子
反粒子 : 正子 | 反μ子 |反τ子 | 反中微子: | 反电子中微子 | 反μ中微子 | 反τ中微子