关于反物质你可能不知道的十件事-浩瀚科普

反物质是很多科幻小说或电影中的元素，比如在星际迷航中，企业号星舰使用的曲率引擎就是利用了物质-反物质湮灭的能量作为推进剂来进行超光速旅行的。但是同时反物质也是一种真实存在的物质，并非是完全脱离实际的科幻想象物。

反物质粒子的各种特性几乎和它们的正物质（也就是组成你我和我们已知世界的物质）相同，但是它们却携带者完全相反的电荷和自旋，这种特性就会导致当反物质遇到物质的时候，它们就会立即湮灭成纯能量。要知道核裂变只能将0.1%的物质转化为能量，而核聚变也只能将0.7%的物质转化成能量，但是反物质湮灭却能将100%的质量转化为能量，这已经达到了质能转化的最高效率。

正是因为反物质湮灭能够释放出物质所有潜在的能量，所以反物质在未来人类能源利用上的想象空间就非常大了。今天浩瀚科普就为大家介绍10个关于反物质你可能还不知道的事实。

1、宇宙大爆炸后，反物质应该消灭了宇宙所有的物质

根据大爆炸理论，宇宙大爆炸产生了等量的物质和反物质，而在宇宙诞生初期的那狭小的空间中，物质和反物质时刻处于碰撞之中，最终这些反物质会和物质相互湮灭，只留下能量。所以原则上，我们都不应该存在，我们这个宇宙应该是空荡荡的。

宇宙大爆炸后产生几乎一样多的物质和反物质，但是因为宇称不守恒定律，残留下来的物质形成你我他和这个世界

但是现实显然和理论是不一样的，但是物理学家却发现，物质和反物质湮灭并不是消灭一切，而是每十亿个物质-反物质对都会多出一个物质粒子，两者的数量并不是完全一样的，这就是杨振宁发现的宇称不守恒定律。也正是因为这种不对称才会使得最终宇宙中留下了足够多的物质来形成你我。

2、反物质并不罕见，可能就在你身边

反物质听起来非常高大上，除了宇宙大爆炸初期的反物质外，似乎只能通过粒子加速器来制造出各种反物质，实际上反物质的存在远比你想象的要普遍。

比如每时每刻都有少量的反物质正在以宇宙射线的形式降落在地球上，宇宙射线是来自太空的高能粒子，这些反物质粒子的密度能够达到每平方米超过100个。

甚至是雷暴上方科学家也发现能够产生反物质的证据。

这些还不是离我们最近的，就说你喜欢吃的香蕉，大约每75分钟它就能够释放出一个正电子——相当于是电子的反物质。这是因为香蕉中含有少量的钾40，这是一种钾元素的天然同位素，随着钾40的衰变，它在这个过程中会释放出一个正电子。

除了香蕉之外，我们身体内页含有钾40，这意味着你自己也在不断的产生反物质，只是反物质在充满正物质的世界中存在的时间非常短，它们很快就能与正物质接触而相互湮灭。

3、人类只制造了极少量的反物质

反物质湮灭的过程中会释放大量的能量，一克反物质可以产生核弹威力的爆炸，不过到目前为止人类还只生产出了极少量的反物质。

费米实验室的Tevatron粒子加速器产生的所有反质子加起来只有15纳克。欧洲核子研究组织制造的反物质重量约为1纳克。德国的同步加速器至今只生产了2纳克的正电子。

PS：1纳克等于0.000001毫克

如果将人类制造的所有反物质用来煮开水，那么这些反物质湮灭所产生的能量还不足以煮开一杯水。

人类到目前为止只制造了这么丁点儿反物质最主要的原因就是反物质的生产和储存效率和成本实在是太低了。

制造一克的反物质光是电能就大约需要2500万度电，加上其他的成本一共超过500亿人民币。

更不要说以目前的技术是很难储存反物质的。

4、有一种反物质陷阱

想要研究反物质，就需要反物质能够长时间存在，而想要在充满物质的世界中让一个反物质长时间存在，避免它和物质接触并湮灭，这是一个很难的课题。

好在科学家已经制造了一种反物质陷阱，能够束缚住反物质，防止它和物质相互接触。

带电的反物质粒子，比如正电子和反质子，可以保存在一种成为彭宁陷阱（Penning traps）的装置中，这些装置相当于是一个微型加速器，在彭宁陷阱内部，反物质粒子在磁场和电场中盘旋，防止它们和陷阱壁发生碰撞，让它们一只悬浮在真空中。

但是彭宁陷阱也有它的局限性，那就是不适用于反氢等中性粒子，这些粒子不像电子那样带有电荷，所以它们就无法被电场所限制。不过科学家又研究了另外一种陷阱来约束这类反物质，那就是约费陷阱（Ioffe traps），这种装置是通过创造一个各个方向磁场都变大的空间，然后反物质粒子就会被困在磁场最弱的中心区域内。

地球磁场也可以座位一种反物质陷阱，在地球周围的范艾伦辐射带中就发现了反质子。

5、反物质可能会掉下来

这里说的掉下来的意思是，反物质也可能会受到重力的影响。反物质和物质具有相同的质量，但是在电荷和自旋等性质上有所不同，标准模型预测重力会对物质和反物质产生相同的影响。但是到目前为止，这个预测依然还进行观察。

毕竟观察反物质粒子受到重力的影响，并不想是牛顿观测苹果从树上掉下来那么简单。人类制造的反物质到现在基本上还是一些反物质粒子，而粒子会受到各种因素的影响：重力、地球磁场、实验装置产生的电场等等，这些都可能干扰观测数据。

在实验中，科学家需要将反物质保存在上述的陷阱装置中，或者是通过将其冷却到接近于绝对零度的低温来降低它的速度。

而且由于重力是基本力中的最弱的一种，所以在实验室中科学家还需要使用中性反物质粒子来防止更强大的电磁力的干扰。

6、在粒子减速器中研究反物质

就算是你对科学不太感兴趣，都可能听说过一种装置叫做粒子加速器，但是你知道还有一种装置叫做粒子减速器么？

在欧洲核子研究中心就有一台反质子减速器，这是一个可以捕获和减慢反质子并对其金星研究的存储环。

在大型粒子对撞机等圆圈形的粒子加速器中，粒子每次旋转都会从中获取能量。而粒子减速器则是反向工作，粒子每次旋转都会降低自己的速度。

7、中微子可能也有它们自己的反粒子

中微子是一种神秘的粒子，它们被认为不带电荷，也几乎没有质量，和物质几乎不发生任何相互作用。在你看这篇文章的同时，就有大量的中微子穿透你的身体，穿透地球。

就这样一种无欲无求的粒子，科学家预测它也是可能有自己的反中微子。

一些反射性原子核同时衰变，会释放两个电子和两个中微子，如果中微子是它们自己的反粒子，它们会在双重衰变后相互湮灭，最终科学家只能观察到电子。

科学家认为反中微子可能属于马约拉纳费米子，这种费米子的反粒子就是它本身，这是一类预测中的物质粒子。甚至马约拉纳费米子还能解释为何物质-反物质的不对称性。物理学家假设中微子既可以是重的，也可以是轻的，轻的就是现在我们所能发现的这些中微子，而重的则是宇宙大爆炸后产生的，这些重的中微子会不对称的衰变，最终导致微小的物质过剩，从而使得我们现在这个宇宙物质的存在。

8、反物质在医学中的应用

PET（正电子发射断层扫描）使用正电子产生身体的高分辨率图像。发射正电子的放射性同位素（如香蕉中发现的同位素钾40）附着在葡萄糖等化学物质上，这些化学物质是人体自然使用的。它们被注入血液，在那里它们被自然分解，释放出正电子，与体内的电子相遇并湮灭。湮灭产生用于构建图像的伽马射线。

另外科学家还研究了反物质作为癌症治疗的潜在候选者。医生们已经发现，他们可以用粒子束靶向肿瘤，这些粒子束只有在安全地穿过健康组织后才会释放能量。使用反质子会增加额外的能量爆发。该技术被发现对仓鼠细胞有效，但研究人员尚未对人体细胞进行研究。

9、本应阻止我们存在的反物质可能并没有完全从我们的这个宇宙中消失

虽然说宇宙大爆炸后物质和反物质几乎全部湮灭了，遗留下的极少数物质构成了我们目前的这个宇宙。但是科学家预测，当年幸存下来的并不仅仅有组成我们的物质，也有一部分反物质也遗存下来了。

阿尔法磁谱仪是位于国际空间站顶部的粒子探测器，用于搜索这些粒子。阿尔法磁谱仪包含能够弯曲宇宙粒子路径以将物质与反物质分离的磁场。它的探测器在粒子通过时对其进行评估和识别。

宇宙射线碰撞通常会产生正电子和反质子，但产生反氦原子的可能性极低，因为它需要大量的能量。这意味着即使是单个反氦核的观察也将成为宇宙其他地方存在大量反物质的有力证据。

10、科学家正在研究如何利用反物质作为航天器的燃料

反物质湮灭所产生的能量是极为巨大的，这比核聚变产生的能量还要大100倍以上。一克反物质释放的能量相当于9×10^13焦耳，而1000吨TNT炸药产生的能量为4.184×10^12焦耳，这相当于半克正物质和半克反物质（合起来1克）反应产生的能量相当于21.5千吨TNT炸药爆炸所产生的能量（这相当于1945年在日本长崎投下的原子弹的爆炸当量）。