鳳凰網(wǎng)科技訊 北京時間11月19日 據(jù)國外媒體報(bào)道，近日歐洲原子核研究委員會（CERN）的科學(xué)家宣稱首次發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)，這是一個意義重大的歷史突破，《星際迷航》里用來驅(qū)動柯克船長進(jìn)行太空旅行的反物質(zhì)不再只存在于電影里。這組英國和國際科學(xué)家組成的研究小組在實(shí)驗(yàn)室“捕捉”到了38個反氫原子。雖然這次實(shí)驗(yàn)不能幫助科學(xué)家制造出曲速引擎、反物質(zhì)驅(qū)動裝置、或者找到比《星際迷航》光速旅行更快的方式，但卻很有可能解釋宇宙的本質(zhì)和起源。
圖1 星際迷航里，企業(yè)號星艦乘著克林貢戰(zhàn)艦。這艘航天器利用反物質(zhì)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動
反物質(zhì)就是正常物質(zhì)的鏡像，正常原子是由帶正電荷的原子核構(gòu)成，核外被帶負(fù)電荷的電子包圍。然而反物質(zhì)的構(gòu)成卻完全相反，它由帶正電荷的電子環(huán)繞帶負(fù)電荷的原子核。當(dāng)物質(zhì)和反物質(zhì)相撞，它們會立即相互湮沒，釋放出大量能量。
自1931年英國物理學(xué)家保羅•狄拉克(Paul Dirac)首次提出反物質(zhì)存在理論以來，反物質(zhì)就一直是科幻小說和電影的主題。在電視和電影系列《星際迷航》中，反物質(zhì)反應(yīng)堆被用來驅(qū)動“企業(yè)”號航空母艦進(jìn)行太空之旅，而在丹•布朗的驚悚電影《天使與魔鬼》里，藏匿在羅馬的反物質(zhì)炸彈是整個電影的主線。
圖2 歐洲核子研究中心的ALPHA實(shí)驗(yàn)首次成功捕獲反物質(zhì)
圖3 如何捕捉到反物質(zhì)： 物理學(xué)家首先將3萬個反質(zhì)子冷卻到絕對零度以上200度，也就是200開爾文，冰將2百萬的正電子冷卻到40開爾文，然后將兩者結(jié)合。
這個實(shí)驗(yàn)是在一個磁捕集器里，也就是俗稱的亞普阱(Ioffe-Pritchard Trap)進(jìn)行的。這個捕集器太“深”了以至于它只能捕捉到慢速移動的反原子。在將反質(zhì)子和正電子結(jié)合后，關(guān)掉磁捕集器后電場就開始將設(shè)備中殘余的帶電粒子清掃出去，它開始找尋任何朝物質(zhì)飄去的殘余的反原子并將它消滅以產(chǎn)生檢測粒子。在335次實(shí)驗(yàn)后，物體學(xué)家總共發(fā)現(xiàn)了38個被捕捉到的原子—幾乎每10次實(shí)驗(yàn)捕捉到一個。
圖4 ALPHA探測器包含一個截獲正電子和反質(zhì)子的電子陷阱（黃色），它位于一個捕獲反氫原子的磁捕集器里（紅色和綠色），而后者又在一個探測原子淹沒的粒子探測器里（灰色）
卡爾加里大學(xué)物理學(xué)與天文學(xué)系主任羅布•湯普森教授說：“這是一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，它有可能實(shí)施一些實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果很可能會改變我們對基礎(chǔ)物理學(xué)或者目前我們對世界的基本看法。我們已經(jīng)捕捉到大約38個原子，數(shù)量相當(dāng)少，連一杯咖啡都熱不了，更別提驅(qū)動星際迷究。
從理論上講，1磅(約合450克)反物質(zhì)的破壞力比最大的氫彈還要強(qiáng)。然而制造和保存哪怕一丁點(diǎn)的反物質(zhì)都是極其困難和昂貴的，將它用于制造超級武器則更是來日方長。
最新一期《自然》雜志刊登了日內(nèi)瓦CERN的核研究?？茖W(xué)家使用反氫激光物理儀器(簡稱ALPHA)，冷卻帶負(fù)電荷的反質(zhì)子(氫原子核的鏡像)，將其擠壓至長20毫米、寬1.4毫米的火柴棍大小的云狀物中。物理系的教授保羅諾蘭解釋道：“在ALPHA實(shí)驗(yàn)中當(dāng)反氫衰變，它會從它存在的一端放射出粒子，其實(shí)也就是介子。在反氫形成的區(qū)域我們放置了探測器，每當(dāng)它向外發(fā)射一枚介子我們能得到三點(diǎn)。利用電腦我們能將這些點(diǎn)構(gòu)成線，由此追蹤反氫的源頭。研究這些粒子能夠幫助我們更好的理解反物質(zhì)的構(gòu)造，以及宇宙的物理屬性。”
圖5 這個圖表展示了粒子瞬間產(chǎn)生的碰撞，由此產(chǎn)生了38顆被捕捉到的反氫原子。
這個實(shí)驗(yàn)或許可以幫科學(xué)家揭開宇宙最大的未解之謎之一。科學(xué)家認(rèn)為當(dāng)137億年大爆炸產(chǎn)生宇宙時，產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而現(xiàn)在宇宙完全被正常物質(zhì)所主宰?？茖W(xué)家長期以來就在想消失的反物質(zhì)究竟去了哪里。
英國斯旺西大學(xué)教授麥克•查爾頓說：“氫原子是所有原子中結(jié)構(gòu)最簡單的，反氫是在實(shí)驗(yàn)室最容易制造的反物質(zhì)類型。深入了解它將有助于揭開這個謎團(tuán)—為什么現(xiàn)在已知的宇宙是由物質(zhì)而非反物質(zhì)構(gòu)成的。”（
