反原子研究之现状

对物理学家来说反物质是个老生常谈的课题了。当物理学家在1933年发现了第一种“反粒子”的存在以后，这一课题复活了。所谓反粒子是指通常粒子的一个仅除了电荷相反外的全同复本。当反物质粒子产生后又与它的物质复本相遇，从而产生一个能量爆炸的湮灭过程仅为百万分之几秒。物理学家已经专注于寻求使它们停留足够长时间的方法，以便用它们去作一些有兴趣的研究。特别地，他们已经用了15年的努力以求使反质子和反电子结合成一个反氢原子。1996年1月，德国尤里青核物理研究所的沃尔特·奥勒特（WalterOelert）领导的一个研究组宣告已制造出…     

新实验证实，反物质没什么问题

<正>物理学家认为这是一个好消息：相反的结果将会产生重大影响。反物质刚刚失去了一点魅力物理学家知道,对于自然界中的每一种基本粒子,都存在一种反粒子——一个具有相同质量和自旋,但带有相等且相反电荷的“邪恶孪生体”。当这些孪生粒子对相遇时,它们会相互湮灭,在接触时释放一道能量闪光。在科幻小说中,反粒子能为曲速引擎提供动力。一些物理学家已经在推测,反粒子正在被引力排斥,甚至在时间中穿越旅行。     

地球引力场排斥反物质

1928年,英国著名物理学家狄拉克提出了相对论量子力学方程,预言了电子的反粒子——正电子的存在。1932年,美国物理学家安德逊发现了正电子。1955年发现了反质子。这些发现给出了反物质存在的确实证据。此外,理论还指出,反物质单独存在时和正物质同样稳定。人们知道,我们现在已知的宇宙都是由正物质构成的。因此,在发现反物质以前,人们熟悉的是关于正物质的物理学。反物质发现后,人们自然地提出了反物质引力性质的问题,并且从1957年就开     

透过镜子看一个颠倒的世界──物理学家为何钟情于反物质研究

物理学家为何钟情于反物质研究── 物理学家正在布置陷阱以捕获反氢，这个反物质的镜像世界中最简单的元素。亚历山大·海利曼斯（Ａｌｅｘ－ａｎｄｅｒＨｅｌｌｅｍａｎｓ）认为他们的研究成果将会改变我们对基本粒子以及基本作用力的看法。 ＣＥＲＮ（欧洲核子中心）是世界上最领先的高能物理实验室之一，在它的一个角落里，一扇通向反物质世界的大门即将开启。在日内瓦附近的ＣＥＲＮ，大约有１５０名物理学家正在尖端的静电阱、磁铁以及高精度激光的帮助下试图捕获反原子，并且他们还首次把反原子问题提交到科学的议事日程上来了。他们…     

物质-反物质:开辟化学新领域

一些物理学家发现,堙灭并非是物质一反物质结合的全部。最近,在理论研究和实验的最前沿,出现了惊人的新闻,即它们能以某种方式共存,从而为我们开辟了一个意想不到的科学新领域--一种全新的化学。实际上,反物质出于保罗·狄拉克(Paul Dirac)的预言(1928年),4年后为人们所发现。但直至今天,其性质还未彻底被发掘出来。在物质-反物质的联合中,烟灭并非是其唯一的结果。 为何有的煙灭如此     

乘反物质飞船去冥王星

早在30年代,著名物理学家狄拉克据理论计算,预言宇宙中存在一种反电子,不久,人们陆续在宇宙射线中找到了反电子和反质子,全世界为之轰动,反物质的思想自此确立。它们与物质有一种镜像关系,此为何意?例如人的面容基本对称,镜中的你与真实的你很难分出差异,若你的眼左大右小,此时镜像中却是左小右大。那么这在粒子世界     

杰克·施泰因贝格尔(1921—2020)

正因发现μ子中微子而荣获诺贝尔奖的粒子物理学家。1945年,当粒子物理学家杰克·施泰因贝格尔(Jack Steinberger)开启其职业生涯时,科学家们对于亚原子粒子知之甚少。如今,为人所熟知的亚原子粒子已达数十种之多,其基本构造都已编入粒子物理学标准模型中。     

宇宙射线中有新的物质发现

日本物理学家声称发现了宇宙射线中存在“奇异物质”的证据.他们的探测器已记录了两次独立的事件,每一次都能得出,射线中某种粒子的电荷为质子电荷的14倍,质量为质子质量的370倍.没有一种原子核能达到上述水平,但这些特征在预言所谓夸克块时倒是很精确的,物理学家们相信夸克是由一种被称为奇异物质的材料组成的.     

反物质与反物质能

基于传统物理学法则,构成世界的每一个基本粒子都具有相应的反粒子.普通原子是由一个原子核及围绕在原子核周围轨道上的若干电子所组成的.反物质具有类似的基本结构,但却是由反粒子组成的.因此,理论上,正常物质与反常物质同时并存.本世纪20年代末Paul Dirac为协调量子力学和狭义相对论而推导出的电子方程式有两个解,并由此预言反物质的存在.1932年发现正电子,1955年发现反质子,1996年合成反氢原子,1997年观测到银河中心附近由反物质形成的粒子云.反物质释放的能量较之核能大十倍以上,而且将是一种洁净能源.反物质能源是否能实现?这是众所关心的.     

回望人类发明之路：驾驭电子

即将告别１９世纪的时候,在剑桥大学一个静悄悄的实验室里,英国科学家汤姆孙发现了物质世界的第一个基本粒子。这种粒子的质量只有氢原子的１８４０分之一,带负电荷,有时能够离开物体在真空里自由运动。当它撞击在某些物质的表面时,能够发出淡淡的荧光;当它以很高的速度打在金属靶上的时候,会发出一种穿透力极强的看不见的射线,这种射线就是德国物理学家伦琴发现的Ｘ光。这个小东西被科学家亲昵地称作“电子”。 “电子”在今天已经成为大众词汇之一,人们甚至把它作为时代的标志。与“电子” 相关的发明,被称为电子技术,它陪伴着…     

霍耶尔:宣布发现希格斯玻色子的人

罗尔夫·D·霍耶尔(Rolf.D.Heuer)是欧洲核子中心(CERN)粒子物理实验室主任,对大型强子对撞机(LHC)拥有预算掌控权——LHC以高于世界任何其他加速器的能量产生希格斯粒子——但霍耶尔对于检测粒子碰撞碎片的两项实验的权威则要小得多,LHC是由数以千计的物理学家建造起来的,也是由他们管理和运行的. 直到6月中旬之前,霍耶尔甚至都不知道物理学家们究竟看到了什么,当项目组两位明显睡眠不足的负责人法比奥拉·吉诺蒂(Fabiola Gianotti)和乔伊·英卡代拉(Joe Incandela)简短地告诉他,那个如建筑物般大小的粒子探测器发现了什么时,这一消息实在是太令人振奋了.经过数月的数据收集,两项实验结果都强烈显示,LHC内产生的是一种新的粒子——正是由50年前理论物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)所预测的粒子.     

在实验室中闪现物质-反物质对

何处是猎取希格斯玻色子(Higgs boson)或神秘粒子的场所,并在那里能设法做到物质与其反物质同时出现?看来,目前只有位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心的强大粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)有此可能。在美国物理学会最近于波士顿举行的一次学术讨论会上,有两篇报告叙述了极微量的这种稀奇之物质-反物质对能够在实验室中闪现。     

从夸克到宇宙

物理学家已经建立了一种描述我们周围普通物质特征的粒子和力的标准模型.同时,天体物理学和宇宙学空间观测已经揭示出,我们对宇宙的图像的认识是不完备的,宇宙大约96%的份额不是由普通物质构成的,而是由其他一些神秘的东西--暗物质和暗能量--构成的.我们已经认识到,实际上我们并不知道宇宙的大部分是由什么构成的.认识这种未知的"新"宇宙有赖于研究物质最基本单元及其性质的粒子物理学的突破性发现.     

“上帝粒子”:接近发现的希格斯玻色子

北京时间2012年7月4日,欧洲科学家宣布"接近发现"上帝粒子,或可解开万物质量来源之谜。那么,究竟为什么物理学家会如此痴迷"上帝粒子"?它的发现又有何重大意义呢?请跟随本文一同去寻找答案。2012年7月4日到11日的高能物理国际会议,是一场被物理学家认为"即使不睡觉也没问题"的物理大事件。究竟是什么事情让科学家们如此疯狂?毫无疑问,那就是捉弄世人几十年的"上帝粒子"——希格斯玻色子"接近发现"了!     

“暗物质”与“反物质”浅谈

在世纪之交,科学革命发生的前夜,一个涉及到当今基础科学最前沿的有关"暗物质"与"反物质"问题,成了各国科学家竞相研究的课题。"暗物质"是什么近年来积累的大量观测证据表明,宇宙中有90%以上的物质是不能用现有的仪器直接观测到的,只能通过引力效应等方法间接证明它们的存在.这些神秘的"暗物质"(也称"下落不明的质量")究竟是什么性质的物质呢?其实,"暗物质"就是比巳知的最小物质结构——原子更深层次的一种微观物质结构,它包括科学家们预言的和已经发现的许多微观物质粒子(如夸克、中微子……).为了便于解释,本文给这一层次的微观粒子选用一     

走近诺贝尔奖(十二) 设个陷阱捉粒子

<正>在野外挖个陷阱,一些野生动物就可能陷在其中难以逃脱。这是一种常见的捕捉野生动物的方法。物理学家将这种设置陷阱的方法用于尖端的量子物理学研究领域来捕捉粒子。只不过要设置这样一个高科技陷阱,可比在野外挖坑难多了。对于单个粒子来说,经典物理学定律已不再适用,量子物理学开始"接手"。但从环境中分离出单个粒子并非易事,而且一旦粒子融入外在世界,其神秘的量子性质便会消失。两名"粒子猎人"一起获得了2012年诺贝尔物理学奖,他们分别是法国物理学家赛日尔·阿罗什和美国物理     

大型强子对撞机的一次重大维护升级

<正>在阿尔卑斯山脉的地下深处，科学家们几乎无法抑制他们的兴奋之情。他们交头接耳，谈论着那些将彻底改变我们对于宇宙之认识的发现。“自从成为粒子物理学家以来，我一直在寻找第五种力，”山姆·哈珀博士（Sam Harper）说，“也许就是今年了。”在过去的20年里，山姆一直在试图寻找第五种自然力存在的证据，此前，物理学家们已经发现了四种自然力：引力、电磁力和两种核力。他把希望寄托在大型强子对撞机的重大维护升级上。这是世界上最先进的粒子加速器——这台巨大的机器通过使原子相互撞击将它们粉碎，以探究它们内部有什么。     

AI早期试验场:寻找新粒子

<正>20世纪80年代末,正值"神经网络"一词极大地激发了公众的想象力之时,粒子物理学家就开始了对人工智能(AI)的研究。粒子物理学家的研究领域导致他们要向人工智能和机器学习算法发展,高能物理学家要利用机器学习的能力筛选粒子碰撞产生的碎片,因为几乎每一个实验中心都致力于在粒子探测器产生的数不尽的相似数据中发现微妙     

难以捉摸的粒子

几乎没有质量而且难以置信，稀少的　子中微子“鄙视”它周围的环境，很少与较之更普通的物质发生反应。这些特性使它很难被检测到。现在，一个国际物理学家小组宣布第一次“直接”探测到　子中微子，科学家已经间接地证明这种粒子的存在。 中微子的发现源于科学家无法平衡亚原子粒子的方程式。３０年代，泡利预言了一种质量极小而且与环境只有微弱反应的粒子带走了放射性衰变中损失的能量。几十年后，中微子的存在得到了证实。科学家认为有３种中微子，每一种都以与之反应的基本粒子命名：电子中微子与电子反应，μ子中微子与μ子反应，子…     

LHCb关于正反物质性质差异的研究取得新进展

<正>现行理论认为,宇宙大爆炸产生了几乎等量的物质和反物质.由于物质和反物质在微观性质上存在一定的差异(物理学上称为"电荷共轭-宇称对称性破缺",简称CP破坏),宇宙经过长时间的演化,形成我们今天观测到的由正物质组成的世界.欧洲大型强子对撞机(LHC)是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器.大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)是LHC上的4个主要探测器之一,它的主要物理目标是测量