出品：科普中國(guó)

　　制造：中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理鉆研所幻彩寶寶科普立異公社

　　監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)較機(jī)收集信息中心

　　2016年3月10ri，中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理重點(diǎn)嘗試室公布揭曉其應(yīng)用超強(qiáng)超短激光勝利發(fā)生le反物質(zhì)——超快正電子源，這yeshi自己國(guó)科學(xué)家初度應(yīng)用激光勝利發(fā)生反物質(zhì)，這yi發(fā)現(xiàn)將zai資料di無(wú)損探測(cè)、激光驅(qū)動(dòng)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、癌癥診斷deng規(guī)模具you嚴(yán)重應(yīng)用。

　　這yi主要發(fā)現(xiàn)再次惹起各界關(guān)于“反物質(zhì)”di關(guān)注，而這yi經(jīng)常出往�？苹闷�子中di名詞其實(shí)并沒(méi)you那么神秘和悠遠(yuǎn)，自己國(guó)科學(xué)家近年來(lái)zai反物質(zhì)規(guī)模ye取得le良多打破性擱淺。

　　國(guó)內(nèi)初度！自己國(guó)科學(xué)家勝利應(yīng)用激光發(fā)生反物質(zhì)

　　上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理重點(diǎn)嘗試室應(yīng)用飛秒拍瓦激光裝配和高壓氣體靶彼此浸染，發(fā)生年夜量高能電子，高能電子和重核資料靶彼此浸染，由韌制輻射機(jī)制發(fā)生高強(qiáng)度伽馬射線，伽馬射線再和重核浸染發(fā)生正負(fù)電子對(duì)。正電子譜儀經(jīng)由精心設(shè)計(jì)，勝利解決le伽馬射線帶來(lái)di噪聲問(wèn)題，應(yīng)用正負(fù)電子zai磁場(chǎng)中di分歧偏轉(zhuǎn)特征，嘗試中zai單發(fā)前提下就勝利不美觀測(cè)到le正電子。這yeshi自己國(guó)初度應(yīng)用激光發(fā)生反物質(zhì)。

　　上海光機(jī)所早zai2001年就初步超強(qiáng)超短發(fā)生正負(fù)電子對(duì)天文論鉆研，提出應(yīng)用強(qiáng)激光和納米薄膜靶彼此浸染發(fā)生正負(fù)電子對(duì)。該工作zai國(guó)際上獲得le普遍關(guān)注，超強(qiáng)超短激光發(fā)生di超快正電子源，取得反物質(zhì)超快正電子源將對(duì)激光驅(qū)動(dòng)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)deng具you主要意義。未來(lái)，zai高能物理、資料無(wú)損探測(cè)、癌癥診斷規(guī)模都you普遍di應(yīng)用前景。

　　揭秘反物質(zhì)di“宿世今生”

　　自己國(guó)科學(xué)家初度勝利取得反物質(zhì)惹起le科學(xué)界di復(fù)雜反映，那么事實(shí)何為反物質(zhì)？反物質(zhì)di發(fā)現(xiàn)閱歷le怎樣di歷程？科學(xué)界普遍覺得，宇宙來(lái)歷于年夜爆炸，之后慢慢演化、睜開、縮短，直至今六合物質(zhì)世界。科學(xué)家們覺得zai年夜爆炸di初期，物質(zhì)與反物質(zhì)簡(jiǎn)直shi對(duì)稱存zaidi�？蓅hi，為什么自然界中充溢肉眼可見識(shí)通俗正物質(zhì)，但卻看不到反物質(zhì)呢？反物質(zhì)能否存zai？存zai處所式又shi怎樣？這yeshi現(xiàn)代物理學(xué)鉆研di根基問(wèn)題之yi。

　　反物質(zhì)di概念由英國(guó)物理學(xué)家狄拉克于1931年因?yàn)榈依�克方程�?fù)能解問(wèn)題而初度提出。1932年安德森zai宇宙射線中發(fā)現(xiàn)正電子；1955年塞格雷和張伯倫經(jīng)由伯克利di同步穩(wěn)相加速器ba質(zhì)子加速后打到銅靶上而發(fā)現(xiàn)le反質(zhì)子；1956年考克deng人應(yīng)用反質(zhì)子轟擊質(zhì)子，zai湮沒(méi)過(guò)程中察看到le中子和反中子，其他di反粒子yezai隨后di科學(xué)嘗試中被慢慢發(fā)現(xiàn)，眾多di諾貝爾獎(jiǎng)工作功效讓反物質(zhì)di概念初步深化人心。

　　簡(jiǎn)言之，物質(zhì)和反物質(zhì)shi對(duì)稱di，其yi切di性質(zhì)或shi不異或shi相反。zai這ge邏輯下，假如用反質(zhì)子和反中子替代原子核中di質(zhì)子和中子di話，就獲得yige反原子核。假如再配以正電子，就組成反原子，例如歐洲核子中心科學(xué)家完成di嘗試室捕捉反氫原子手藝。再用反原子組成反分子，組成反物質(zhì)。

　　國(guó)際初度：自己國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)反超氚核和反氦4

　　其實(shí)早zai上海光機(jī)所勝利取得反物質(zhì)之前，國(guó)內(nèi)zai反物質(zhì)規(guī)模di鉆研就曾經(jīng)取得le國(guó)際性di擱淺，中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理鉆研所馬余剛deng，就曾持續(xù)取得兩項(xiàng)國(guó)際初度，即初度發(fā)現(xiàn)超氚核和反氦4，shi迄今為止科學(xué)家發(fā)現(xiàn)di第yige反超核粒子和最重di反物質(zhì)核。

　　2010年，國(guó)際螺旋管徑跡探測(cè)器(star)協(xié)作組為探尋宇宙來(lái)歷di早期物質(zhì)狀況，zai美國(guó)布魯克海文國(guó)家嘗試室di相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(rhic)上睜開le嘗試鉆研。中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理鉆研所陳金輝、馬余剛deng與star協(xié)作組其他中外科學(xué)家協(xié)作，他們經(jīng)由反氦3和π介子衰變道di不蛻變量譜重構(gòu)，初度探測(cè)到第yige反超核粒子———反超氚核。這shi迄今為止科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)di第yige含you反怪異夸克di反物質(zhì)原子核，它可能年夜量存zai于宇宙di嬰兒期。相關(guān)鉆研功效揭曉zai2010年4月2ri《science》上。

　　2011年，star嘗試組zai尋覓到質(zhì)量數(shù)deng于3di反超氚核di基本上，經(jīng)由其主探測(cè)器中di時(shí)間投影室(tpc)和中國(guó)star協(xié)作組研制di桶形翱翔時(shí)間探測(cè)器(tof)，zai采集到di接近10億次金—金核對(duì)撞發(fā)生di約5千億ge帶電粒子里找到le18ge反氦4原子核。反氦4可能shi未來(lái)很長(zhǎng)yi段時(shí)間內(nèi)助類所能探測(cè)到di最重di反物質(zhì)原子核，因?yàn)橄聐ige更重di不變反物質(zhì)原子核發(fā)生di可能性shi反氦4di百萬(wàn)分之yi。其中起到關(guān)頭性浸染ditof探測(cè)系統(tǒng)shi由中美star協(xié)作組協(xié)作完成di，探測(cè)器硬件和響應(yīng)di物理部門shi由star中國(guó)組研制完成di。馬余剛及其指導(dǎo)di課題組與美國(guó)布魯克海文國(guó)家嘗試室鉆研員唐愛洪deng為主協(xié)作完成le這yi主要發(fā)現(xiàn)。相關(guān)論文于2011年5月19ri揭曉zai《nature》周刊上。

　　從定性到定量：反物質(zhì)彼此浸染di初度測(cè)量

　　今朝為?，科學(xué)家們?cè)��?jīng)探測(cè)到le多種粒?對(duì)應(yīng)di反粒子，即做le良多定性di不美觀測(cè)，然?對(duì)反物質(zhì)di定量鉆研卻很少。以上海應(yīng)物所鉆研?員為主di團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用金核-金核碰撞中產(chǎn)?di豐厚di反質(zhì)子，測(cè)量le反質(zhì)子-反質(zhì)子動(dòng)量聯(lián)系關(guān)系函數(shù)，并?次定量di提取反質(zhì)子-反質(zhì)?彼此浸染參數(shù)。zai嘗試精度內(nèi)，反質(zhì)?-反質(zhì)子di散射長(zhǎng)度和you用能程與質(zhì)子－質(zhì)子dishi相dengdi，ye就shi說(shuō)反物質(zhì)間di彼此作?與正物質(zhì)并沒(méi)you分歧。zai此次反物質(zhì)間浸染力di初度測(cè)量過(guò)程中，馬余剛及其指導(dǎo)di課題組與美國(guó)布魯克海文國(guó)家嘗試室鉆研員唐愛洪deng協(xié)作，從2012歲首提出鉆研思緒到歷時(shí)3年多中止艱難di數(shù)據(jù)分解，為最終反物質(zhì)間彼此浸染力di測(cè)量做出le關(guān)頭性進(jìn)獻(xiàn)。相關(guān)論文于2015年11月19ri揭曉zai《nature》周刊上。

　　反物質(zhì)事實(shí)能給人類帶來(lái)什么改動(dòng)？

　　反物質(zhì)從概念提出到今朝取得di系列擱淺，展現(xiàn)le這ge規(guī)模復(fù)雜di潛力�？蓅hi將反物質(zhì)應(yīng)用到人類生活di設(shè)法，往常還勾留zai科幻小說(shuō)階段。

　　可shi以現(xiàn)youdi睜開速度，自己們不難想象，應(yīng)用反物質(zhì)與通俗物質(zhì)湮沒(méi)時(shí)能釋放出di復(fù)雜能量，能夠圓滿解決宇宙飛船di燃料問(wèn)題，搜羅美國(guó)宇航局zai內(nèi)diyi些專家曾經(jīng)zai從事這方面di前沿鉆研，但今朝擱淺十分遲緩。首要啟事zai兩方面，其yishi自己們?nèi)ツ睦镎曳次镔|(zhì)？既然宇宙中找不到反物質(zhì)，人類只能自己去制造它。借助于傳統(tǒng)加速器手藝來(lái)發(fā)生反物質(zhì)shiyige普遍認(rèn)可中心法，可shi它di效率十分低，造價(jià)極端昂貴。其二shi反物質(zhì)di貯存問(wèn)題，即便到悠遠(yuǎn)di未來(lái)，人類能夠理想di制造出反物質(zhì)，怎么平安貯存它將會(huì)shi擺zai科學(xué)家面前di另yige關(guān)頭問(wèn)題。可shi當(dāng)前反超氚核、反氦4di發(fā)現(xiàn)和反質(zhì)子彼此浸染測(cè)量及厥后續(xù)鉆研，無(wú)疑為反物質(zhì)應(yīng)用供給珍貴di信息。

　　“科普中國(guó)”shi中國(guó)科協(xié)帶同社會(huì)各方應(yīng)用信息化手法睜開科學(xué)傳布di科學(xué)權(quán)威品牌。

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