第9期 反粒子·反物质·反宇宙——基本粒子物理学家的热门课题（）

反粒子·反物质·反宇宙——基本粒子物理学家的热门课题

1996 第9期 - 科与幻

一

每隔几个月，世界各地的基本粒子物理学家就会有某个鼓舞人心的新发现，他们或者成功地制成了一个原子核极不稳定、存在若干微秒之后即自行分解的新超重化学元素，或者找到一个至今还鲜为人知的基本粒子，或者又提出关于最小粒子如何构成物质的新假设。

通常只有经常阅读专业科学文献的人才会得知这一切。但是，当德国物理学家瓦尔特·厄勒特博士主持的一个国际科学家小组，于1995年底在日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)首次成功地合成和验证了几个反物质原子时，大众传媒就不像以往那样无动于衷了。尽管只有11个反氢原子，而且存在的时间还不到400亿分之一秒，但科学家们认为已经见到曙光，有望找到一把打开新型物理基础观察的钥匙。

二

早在1928年，英国物理学家保罗·迪拉克就提出了一个描述电子性能的方程式。这个方程式不仅描述了电子的特性，而且还指出可能存在有与电子质量相同而电荷相反的基本粒子。迪拉克本人大胆地将其称之为“反物质”。

1932年，卡尔·大卫·安德森在宇宙射线中发现了电子的反粒子，从而验证了迪拉克的推测。由于这些电子反粒子带正电荷，所以被称为“正电子”。

迪拉克预言还有其它反物质粒子的存在，甚至还有一个完全由反物质构成的“反世界”。迪拉克的这一预言，引起了科学界的巨大反响。“宇宙是怎样形成的?”“会不会在宇宙中的某个地方存在着一个反世界?”“在遥远的未来，宇宙将面临什么样的命运?”这些介于科学和科学幻想之间的问题，其实都是牵涉到宏观和微观世界的根本性的问题。

三

今天，大多数物理学家都相信，宇宙是大约150亿至200亿年前一次大爆炸的产物。那次“原始大爆炸”，将纯能量“分裂”成物质。准确地说，是分裂成了我们所熟知的物质和我们尚不熟悉的反物质。可以肯定，当时形成的反物质必定与物质等量。但是，迄今为止，在宇宙中能够观察到的范围内，并未发现反物质。

有些物理学家在解释这种现象时认为，这是因为物质和反物质相互排斥的缘故。如果真是如此，那么在原始大爆炸之后，除了产生了一个我们生存的宇宙之外，还会有一个遭到排斥的“反宇宙”存在。

不过，有很多迹象表明，物质和反物质是相互湮灭的。它们一旦相遇，对应的粒子就互相抵消，剩下的就只有以光子存在的能量形式。现在，宇宙中确实存在有巨量的光子，这表明：在原始大爆炸后首先产生的宇宙物质，要比今天多几十亿倍。大量的粒子形成后不久，物质的主要成分质子和反质子成对地相互湮灭，只剩下没有质量的光子。