「物理学家」迷雾重重的反物质
原文标题:迷雾重重的反物质
在科学史上,将两个理论成功地结合,往往会收获意想不到的回报。
回到上个世纪初,狭义相对论和量子力学的出现,使物理学发生了天翻地覆的改变。狭义相对论颠覆了我们的时空观,而量子力学揭示了微观世界的诡异行为。
1928 年,物理学家保罗 · 狄拉克写下了一个结合了狭义相对论和量子力学的方程,用来描述高速运动的电子的行为。这本就是一项极其了不起的成就,但更令人惊奇的是,这个方程还预言了一个更为奇异的世界。
狄拉克发现,这个方程实际上预言了一类全新粒子的存在——对于每一个粒子,都存在一个对应的反粒子。例如,对于电子而言,应该存在一个 " 反电子 ",它们具有相同的质量,却有着相反的电荷。
1932 年,物理学家卡尔 · 安德森在观察穿过云室的宇宙线时,看见了一个与电子质量相同、带有正电的物体留下的轨迹。他认为,这些轨迹实际上是就是 " 正电子 "(也就是电子的反粒子)所留下的。
左:狄拉克方程预言了反物质的存在;右:安德森在云室中拍摄到了正电子的轨迹,并于 1932 年 9 月 9 日,在《科学》杂志上发表了他的发现。
尽管距离第一个反粒子的发现已经过去了 90 年,但反物质仍然充满了许多未解的难题。在探索的过程中,我们也发现了许多与反物质相关的有趣而又令人困惑的事实。
每一个原子都包含了反物质
无论是我们的身体,还是周围的世界,都是由原子构成的。
我们都知道原子是由质子、中子和电子组成的。质子和中子统称为核子,它们是原子核的组成部分,占宇宙可见物质的 99% 以上。但与电子不同的是,核子并非基本粒子,它们是由夸克组成的。
夸克有六种类型,或者说六种 "味",其中最轻的上夸克和下夸克最有可能在核子中找到。在最简单的图景中,质子包含了三个 " 价夸克 " ——两个上夸克和一个下夸克,它们的电荷(分别是 +2/3 和 -1/3)结合起来使质子的电荷为 +1。
但随着物理学家对质子的了解逐渐深入,他们发现事情远没有那么简单。在质子的内部,实际上还包含了将夸克束缚在一起的胶子,以及不断出现和消失的夸克和反夸克对。
根据描述夸克和胶子相互作用的量子色动力学(QCD),六种味的夸克都应该存在于质子内部。物理学家基本同意质子内部还存在着内在奇夸克(也就是第三轻的夸克),而 QCD 也告诉我们,每当一个奇夸克被创造,一个反奇夸克也必须出现。在最近的一项研究中,物理学家甚至还找到证据表明,质子内部还存在着比质子本身都重的内禀粲夸克。
除了原子,还有反原子和奇异原子!
欧洲核子研究中心(CERN)是目前世界上最强大的粒子加速器,它可以创造出完全由反物质构成的反原子。最简单的反原子是反氢原子,由一个正电子和一个反质子组成。
无论是反氢原子还是反质子,都可以被用于检验爱因斯坦的广义相对论的一个重要原理——弱等效原理。该原理告诉我们,所有处于相同引力场中的物体,无论其性质如何,都会经历相同的加速度。到目前为止,实验均表明弱等效原理不仅适用于物质,也适用于反物质。
除了反原子外,CERN 还创造出了由物质和反物质构成的奇异原子。CERN 有一台特殊的仪器,叫反质子减速器,它能够减缓那些以接近光速的速度进入该设备的反质子的运动。当反质子变慢后,科学家会将它们与冷却到接近绝对零度的液氦混合。其中一小部分的反质子会在液氦中被捕获,使原本绕氦原子核运行的两个电子中的一个被反质子取代,形成了能在短时间内保持稳定的反质子氦。
除了包含反质子的混合氦原子之外,其他奇异原子还包括μ 子素(Muonium)和正电子素(positronium)。奇异原子被用来研究极小尺度上的物质和反物质之间的相互作用,这些相互作用是寻找新物理的重要工具。例如,通过奇异原子,科学家正在寻找神秘的暗物质和第五种力。
为什么我们会存在?
物质、能量、时间和空间 …… 已知所有的一切都始于 138 亿年前的大爆炸。
根据已知的物理学定律,在大爆炸之后,宇宙中应当产生了等量的物质和反物质。而我们知道,当物质和反物质相遇时,它们会湮灭,以光子的形式释放出能量。这就意味着,理论上,在宇宙最初的时刻,物质和反物质就应该全部湮灭,使宇宙中只剩下能量。如果是这样,那么今天的宇宙就不会有星系、恒星、行星,甚至是你、我的存在了。
幸运的是,这一切并没有发生,否则我们也不会在这里对我们的存在感到疑惑。那么,究竟是什么导致了物质和反物质之间的轻微不对称性,使今天的宇宙全是由物质而不是反物质组成的?这是当今物理学最大的谜团之一。
1967 年,物理学家Andrei Sakharov提出,如果宇宙满足三个条件那么就有可能演化出一个由物质主导的世界,其中一个条件便是CP 对称性必须被打破(或者说 CP 破坏)。简单来说,CP 对称性指的是,在一个镜像世界中,反粒子的行为应当和粒子完全相同。
在过去的几十年中,物理学家已经发现夸克和反夸克打破了 CP 对称性,但从夸克中所观察到的 CP 破坏的量完全不足以解释最初的物质和反物质之间的不对称性。2020 年,物理学家也首次报告了他们在轻子中发现了 CP 破坏的证据。如果结果进一步确认,这将是 CP 破坏的全新来源。
现在,世界各地的大型实验仍在努力,希望找出物质和反物质之间的微小差异。随着实验测量的精度不断提高,我们终将解开我们的存在之谜。
其他人还看了
郑重声明:本文“「物理学家」迷雾重重的反物质”,https://nmgjrty.com/shumacp_597255.html内容,由原理提供发布,请自行判断内容优劣。
- 全部评论(0)
- 大香煮伊区一二三四区2021维护成功,可以无限制进出了!
- 大香煮伊区一二三四区2021不再收费了!网友:终于可以免费看了
- 大香煮伊区一二三四区2021不再收费!网友:可以白嫖了
- 一卡二卡3卡4卡视频免费播放重新开放了!网友:久违了
- 一卡二卡3卡4卡视频免费播放出入无限制!网友:平台都这样才好!
- 一卡二卡3卡4卡视频免费播放人气暴涨!网友:毕竟来了很多大主播!
- 欧美xbox和ps大片重新开放了!网友:久违了
- 欧美xbox和ps大片人气暴涨原因,无限制出入是关键!
- 欧美xbox和ps大片免费播放!网友:已经来了不少
- 成品网站w灬源码1688直播身材好!网友:比明星还赞!
- 成品网站w灬源码1688直播更新引热议!上线了多种新功能!
- 成品网站w灬源码1688直播适合晚上看!粉丝:我们懂!
- XXXXXL19waswas重新开放,并且免费使用!
- XXXXXL19waswas不再收费了!网友:终于可以免费看了
- XXXXXL19waswas不再收费!网友:付费内容都取消了
- Japonensisjavacomplete重新开放!网友:爷青回!
最新更新
- 大香煮伊区一二三四区2021维护成功,可以
- 大香煮伊区一二三四区2021不再收费了!网
- 大香煮伊区一二三四区2021不再收费!网友
- 一卡二卡3卡4卡视频免费播放重新开放了
- 一卡二卡3卡4卡视频免费播放出入无限制
- 一卡二卡3卡4卡视频免费播放人气暴涨!
- 欧美xbox和ps大片重新开放了!网友:久违
- 欧美xbox和ps大片人气暴涨原因,无限制出
- 欧美xbox和ps大片免费播放!网友:已经来
- 成品网站w灬源码1688直播身材好!网友:
- 成品网站w灬源码1688直播更新引热议!上
- 成品网站w灬源码1688直播适合晚上看!粉
- XXXXXL19waswas重新开放,并且免费使用!
- XXXXXL19waswas不再收费了!网友:终于可以
- XXXXXL19waswas不再收费!网友:付费内容都
推荐阅读
- 「生物」我们应该寻找什么样的外星生命,高等的还是低等的?
- 「空间望远镜」韦布空间望远镜捕捉到布满恒星的创生之柱
- 「行者」从《双城之战》到《边缘行者》,游改动画迎来盛世?
- 「国际象棋」智能肛珠作弊案反转:19岁小将告世界冠军诽谤索赔7亿
- 「英伟达」不止是游戏党,他们才是被英伟达坑怕的人。
- 「索尼」索尼官宣!猜猜A7R5多钱?R2要价1.9万、R3要价2.4万、R4要价2.7万……
- 「癌症」一种癌症转移的关键因素
- 「智能手表」面世八年后,谷歌的智能手表生态终于迎来开放曙光
- 「adobe」用VR手捏3D模型,PS直接与甲方对线,Adobe新技术确实给设计师炫到了
- 「amd」RTX40的对手来了!AMDRDNA3显卡发布会官宣
- 「奥斯汀」苹果M3准备登场,库克展示奥斯汀AppleSilicon工程团队努力成果
- 「马修」Copilot要摊官司了!工作20年老程序员重新激活律师证,发起集体诉讼,
猜你喜欢
- [iPhone]iPhone13promax远峰蓝128G入手
- [安卓手机]realme真我GTNeo2开箱,金刚石冰芯散热系统+E4屏,5000mAh大电池
- [贴膜]红米9爆屏更换记录,弯曲的中框修复
- [智能机器人]编程从娃娃抓起,MakeBlock程小奔上手体验
- [智能摄像机]内置大电池,无需打孔走线,小米室外摄像机给你满满的安全感
- [充电器]65w网红氮化镓一次看个够
- [电脑支架]原汤化原食,LGErgo显示器支架
- [蓝牙耳机]中端耳机音质天花板,降噪很有一手,鹿图COCO真蓝牙降噪耳机评测
- [音频播放器]关于R01主板的主观看法,和一些碎碎念
- [充电器]双口快充,满足日常需求
- [VR设备]GOOVISLite头戴影院评测
- [蓝牙耳机]魅蓝Blus耳机体验,魅蓝依旧还是当年坚持做良品的青年良品
- [安卓手机]从5988跌至2749,256GB+鸿蒙OS+7nm麒麟,从高端市场跌至中端市场
- 「轻众测|素诺智能可视冲牙器」别急,对准再冲!素诺可视冲牙器让残渣无所
- 「九号新品Nano及Air T15」萌娃初体验——Ninebot九号平衡车Nano