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  • 反粒子

    反粒子最早是1928年P.A.M.狄拉克理论上预言正电子而提出的,1932年被C.D.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。

    编辑摘要

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    ​简介/反粒子 编辑

    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.狄喇克在理论上预言的,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。

    反粒子反粒子

    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。

    正『反』粒子-結構圖一正『反』粒子-結構圖一
    正『反』粒子-結構圖二正『反』粒子-結構圖二

    参阅

    反物质

    量子场论

    大纲

    湮灭

    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/反粒子 编辑

    正子断层扫描

    反物质燃料

    反物质武器

    机构/反粒子 编辑

    ALPHA Collaboration

    ATHENA

    ATRAP

    CERN

    KEK (BELLE)

    SLAC (BaBar)

    IHEP

    捕获反物质/反粒子 编辑

    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/反粒子 编辑

    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/反粒子 编辑

    反物质

    量子场论

    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

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