_物質(zhì)與反物質(zhì)的區(qū)別在哪里呢？
最新研究表明，有時(shí)二者毫無分別。
負(fù)責(zé)美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，反物質(zhì)質(zhì)子（即反質(zhì)子）通過強(qiáng)核力彼此接近時(shí)的相互作用與質(zhì)子之間的相互作用完全一樣。
與物質(zhì)相對(duì)，反物質(zhì)的亞原子粒子（質(zhì)子與電子）攜帶的電荷與物質(zhì)正好相反。在普通的物質(zhì)中，質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電。在反物質(zhì)中，反質(zhì)子帶負(fù)電，反電子（即正電子）帶正電。當(dāng)反物質(zhì)與物質(zhì)相接觸，它們彼此湮滅，產(chǎn)生以伽馬輻射為形式的能量。
絕大多數(shù)宇宙起源理論都認(rèn)為，135億年前的大爆炸中創(chuàng)造出的物質(zhì)與反物質(zhì)在數(shù)量上應(yīng)當(dāng)是相等的。若事實(shí)如此，那么我們所處的世界便不復(fù)存在了，整個(gè)宇宙會(huì)充斥著輻射，因?yàn)槲镔|(zhì)與反物質(zhì)都湮滅了。然而，科學(xué)家們聲稱，出于某種未知原因，大爆炸后殘存的物質(zhì)比反物質(zhì)多了一點(diǎn)點(diǎn)，所以在最初的湮滅后，剩下的物質(zhì)構(gòu)成了我們現(xiàn)在所處的宇宙中的萬物。
“這是個(gè)未解之謎，”布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室研究員唐愛洪說道，“如果反質(zhì)子通過不同的方式相互作用，這就是個(gè)需要考慮的因素了?！?/p>
2.5英里長的RHIC管道
為了研究這些相互作用，物理學(xué)家們用RHIC這樣的粒子加速器制造反物質(zhì)來尋找反物質(zhì)與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)差異。如果物質(zhì)和反物質(zhì)的以不同的方式相互作用，就可以用來解釋為什么宇宙中物質(zhì)占了大多數(shù)。
根據(jù)CP守恒定律，反物質(zhì)看起來應(yīng)該與物質(zhì)是一樣的。一塊反鐵或者一團(tuán)反氫氣應(yīng)該與鐵和氫氣具有相同的表現(xiàn)。CP破壞則意味著事情并非如此。然而RHIC實(shí)驗(yàn)表明至少對(duì)質(zhì)子來說，不存在任何CP破壞。唐愛洪說，這證明物質(zhì)在宇宙中的主導(dǎo)位置并不是由反質(zhì)子的相互作用特質(zhì)造成的。
其他找到CP破壞證據(jù)的實(shí)驗(yàn)都是在一些奇特粒子中找到的，例如K介子和B介子。但是僅憑它們自身還不足以解釋宇宙中物質(zhì)比反物質(zhì)多的原因。
為了測(cè)量反質(zhì)子的相互作用，科學(xué)家們用近光速使金原子核相互撞擊。當(dāng)撞擊發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生了大量亞原子粒子，其中就有反質(zhì)子。
普通的質(zhì)子因?yàn)閹в邢嗤姾蓵?huì)互相排斥。但是一旦它們離得足夠近時(shí)，相較強(qiáng)核力，排斥力就不那么重要了。強(qiáng)核力使反質(zhì)子結(jié)合在一起，就像使普通質(zhì)子結(jié)合一樣。這與人們的預(yù)期相吻合。
“我們已經(jīng)造出了反氦-2，”唐愛洪說。普通的氦，即氦-4，由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成，而氦-2只是兩個(gè)質(zhì)子，沒有中子。反氦-2和氦-2都是不穩(wěn)定的，會(huì)快速衰變。但是反氦-2持續(xù)的足夠長，使得研究者們得以看到反質(zhì)子是如何相互作用的。實(shí)驗(yàn)證明，反質(zhì)子之間的相互作用與質(zhì)子之間的相互作用是相同的。
反質(zhì)子間相互作用示意圖
因?yàn)榉促|(zhì)子會(huì)在接觸到普通物質(zhì)時(shí)湮滅，在瞬息之間，它們往往會(huì)撞上產(chǎn)生出反質(zhì)子的容器壁，變成伽馬輻射。
這一實(shí)驗(yàn)證明了CP守恒的延續(xù)——包含時(shí)間在內(nèi)的CPT守恒。CPT守恒認(rèn)為，如果把電荷替換為其相反的值，將粒子變?yōu)槠溏R像，時(shí)間反演，物理定律還是一樣——換言之，將出現(xiàn)一個(gè)和我們的宇宙一樣的“鏡像宇宙”。
在有些例子中，這一守恒會(huì)遭到破壞，但是唐愛洪指出，反物質(zhì)——或者至少人們研究的反物質(zhì)粒子——不在其中。“我們的實(shí)驗(yàn)證明了物理學(xué)家們的假設(shè)，”唐愛洪說道，“我們從另一角度驗(yàn)證了CPT守恒。”
文章來源：LiveScience
文章作者：Jesse Emspak
編譯：未來論壇 商白
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