美科学家正研制为反物质称重设备

2014-4-02 14:10 来源: 科技日报
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  “牛顿因苹果从树上坠落而产生有关万有引力灵感”的传奇故事至今为人津津乐道。那么,苹果的反物质——“反苹果”究竟是上升还是下落?这个问题一直困扰着物理学家。不过,美国科学家正在研制的一套给反物质称重的设备或许能揭晓答案。

  反物质与物质有些方面完全一样,而有些方面则完全相反。例如,质子与反质子质量相同,但所带电荷完全相反。另外,当粒子与其反粒子相遇时会相互湮灭,释放出巨大能量,1克反物质与1克物质相互湮灭产生的能量约为第二次世界大战中美国向日本广岛投放的原子弹所释放能量的两倍。

  加州大学伯克利分校的物理学家霍尔格·穆勒4月1日(北京时间)接受采访时说:“我们并没有真正理解反物质。比如,基本物理学法则表明,宇宙中物质和反物质的数量应该相等,但观察结果却显示,物质远多于反物质,我们至今也未找到一致认可的解释。”

  另外,引力也被笼罩着多层神秘面纱。例如,天文学家们在观察星系如何旋转时发现,让星系紧密簇拥在一起的引力比他们认为的要大得多。穆勒说:“科学家们普遍认为这些引力来自暗物质,但没人知道其‘庐山真面目’。”

  最重要的是,科学家们一直想知道,反物质是否同普通物质一样,由于引力作用向下落。而解答这个问题的直接证据很难通过实验收集到,因为反物质很罕见,而且与普通物质接触时会湮灭。穆勒说:“此前还没有人将反物质和引力结合起来进行实验,有些人获得了间接证据,但最简单的实验——让一簇反物质下落,然后观察会出现什么情况,还未曾有人做过。观察反物质和引力的相互作用或许是我们获得新物理学发现的美妙契机。”

  穆勒团队正在研制的是一款光脉冲原子干涉仪,其能测量任何粒子(原子、电子及其反粒子等)的行为。粒子被冷却到绝对零度后,其行为与波类似。通过分析这些“物质波”间的相互干涉情况,科学家能区分出每个粒子所受的引力。他们计划将这款设备整合进欧洲核子研究中心(CERN)的阿尔法(ALPHA)实验内,后者旨在制造、捕获和研究氢原子(最简单的原子)的反物质“反氢原子”。

  因为用来进行实验的反氢原子很少,所以最新系统必须能“回收”每个原子。磁场会捕获这些原子,因此该设备能对每个原子的一举一动进行多次测量。科学家们希望这套系统在测量反氢原子是上升还是下落时的精度最初能超过1%。