反物质：世界的终极镜像

1、想象中的氢原子的结构,现实中的氢原子的结构,反物质：世界的终极镜像,目录 一、反物质的预言 二、反粒子的发现 三、反粒子的寻找与制造 四、破缺的镜像 五、反物质的威力 六、研究反物质的技术瓶颈 七、反物质的利用前景与担忧,一、反物质的预言,爱因斯坦： 对于一个质量为m，所带电荷为e的物质，一定存在一个质量为m，所带电荷为-e的物质。,一、反物质的预言,狄拉克： 相对论中能量与动量之间的关系 那么 1933年获得诺贝尔物理学奖。,二、反粒子的发现,1930年，赵忠尧观测到正负电子对的产生与湮灭。 1932年，美国科学家安德森发现了正电子。（1936年获得诺贝尔物理学奖） 1953年，在衰变的研究

2、中发现了反中微子。 1955年，美国物理学家欧文张伯伦和埃米利奥吉诺塞格雷发现了反质子。（1959年获得诺贝尔物理学奖） 1956年，张伯伦研究小组发现反中子。 1959年，我国物理学家王淦昌发现了反西格玛负超子。,粒子之间的转化 核裂变 核聚变 衰 变,三、反粒子的寻找与制造,三、反粒子的寻找与制造,反粒子又该如何获得，它们之间又是怎样转化的呢？ 磷的放射性： 射线与铅核作用：产生光辐射（产生的正负电子对湮灭后产生两个光子） 结论：反粒子可以从粒子中得到。,三、反粒子的寻找与制造,反物质的制造方法 车人问题,反氢原子的制造,正电子,反质子,三、反粒子的寻找与制造,反粒子的制造工具,相对论重离

3、子对撞机（RHIC）,大型强子对撞机,三、反粒子的寻找与制造,反粒子年鉴 1956年，美国科学家莱德曼合成了反氘原子核。 1996年，欧洲核子研究中心创造出了第一批真正的反物质原子。 1997年，美国天文学家发现在银河系上方有一个高达2940光年的“反物质喷泉”。 1998年，丁肇中发起的寻找宇宙反物质事件，使得这一领域一度成为全球科学家最为关注的焦点。,三、反粒子的寻找与制造,2001年，沈文庆院士牵头组织中国其他四家单位正式加入RHIC- STAR ，并开始了基于多气隙电阻板室技术飞行时间探测器（TOF）的研制。 2009年，STAR-中国组完成飞行时间探测器模块，并安装在STAR探测器上

4、。 2010年，上海应用物理所等STAR合作单位发现首个反物质超核反超氚核。 2011年，RHIC-STAR国际合作组探测到氦核的反物质粒子反氦4核。,四、破缺的镜像,自然的对称美,四、破缺的镜像,破缺的宇宙 宇称不守恒 宇称： 描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数,引记为P。它只有两个值 +1和-1。如果描述某一粒子的波函数在空间反演变换(r-r)下改变符号，该粒子具有奇宇称(P=-1)，如果波函数在空间反演下保持不变，该粒子具有偶宇称(P=+1)；n个粒子组成的系统的宇称等于这n个粒子宇称之积再乘以这n个粒子之间的n-1个轨道宇称之积。,四、破缺的镜像,疑难 （介子和介子具有相同的质

5、量和寿命， 属于同种介子。） 李政道、杨振宁：弱相互作用下宇称不守恒。（获得1957年诺贝尔物理学家）,四、破缺的镜像,2.吴健雄的钴-60实验 实验结果： 这两套装置得到的末态电子分布图案都并不 是互为镜像的。 宇称守恒条件： 必须左右对称，左右手螺旋两种机会相等。 实验结论：宇称不守恒。,四、破缺的镜像,物质世界的破缺 我们生活在一个物质的世界里，那么反物质的世界在哪里？ 观点一： 原本宇宙的物质数量比反物质的数量多一点，物质与反物质相撞湮灭后只剩下物质，如此我们便没有看到反物质。 观点二： 反物质世界始终存在，只是离我们的物质世界太远而没有办法看到。,五、反物质的威力,1908年6月30

6、日凌晨，俄国西伯利亚 通古斯地区的泰加森林里，突然发生 了一场剧烈的大爆炸。 1979年9月22日，美国的一颗卫星拍 摄到了发生在西非沿海一带的酷似强 烈 爆炸的照片。 1984年4月29日，日本等四架飞机飞 抵美国阿拉斯加时发现蘑菇云”。,通古斯大爆炸,六、研究反物质的技术瓶颈,制造反物质价格昂贵，产出量低 没有找到合适的材料盛装反物质 难以实现反物质成为可控能源,七、反物质的利用前景与担忧,能源危机得到根本性的解决 如果反物质和物质相遇，则立刻发生湮灭，转变为能量。这种能量变化遵循爱因斯坦著名的质能方程 这使得反物质成为最为高效的能源。此，解决能源危机不会再是梦想。,七、反物质的利用前景与担忧,星际旅游成为现实 旅途更安全 不会产生残留物 45天内可达火星,反物质飞船,七、反物质的利用前景与担忧,人类面临新的生存挑战 当反物质遇到物质的时候，这些等价但是 相