所謂反物質(zhì),是和物質(zhì)對立的一個概念?,F(xiàn)在我們知道,物質(zhì)是由原子構(gòu)成的,原子的中心是原了核,原子核又包括質(zhì)子和中子;原子的外面是圍繞原子核放置的電子。原子核里的質(zhì)子帶正電荷,電子帶負電荷;它們所帶的電量是相等的,但是電性相反。
宇宙是一個天然的巨大的實驗室。在廣闊的宇宙空間,展示著豐富多彩、復雜宏偉的物理現(xiàn)象。
1979年,美國新墨西哥州立大學的科學家把一個有60層樓房那么高的巨大的氦氣球,放到了離地面35千米的高空。氣球上裝載一批十分靈敏的探測儀器,有5000傍重。氣球在高空中飛行了8個小時,獲得了28個“反質(zhì)子”。這是在地球上的實驗室以外第一次發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì)。科學家們認為,這一發(fā)現(xiàn)對宇宙學的研究將會產(chǎn)生深刻的影響。
那么,反物質(zhì)是怎么回事呢?
20世紀初有一些科學家,提出了這樣一個奇怪的問題,就是攜帶正電荷的質(zhì)子同攜帶負電荷的電子的質(zhì)量相差這么懸殊,是很不相稱的,會不會有另外的粒子,它們所帶的電量相等而符號相反的。例如,一種粒子的質(zhì)量同質(zhì)子相等,可是帶的是負電,另一種粒子的質(zhì)量同電子相等,可是帶的是正電,這個想法可以看作是反物質(zhì)概念的萌芽。
到了1928年,英國青年物理學家狄拉克,在探討相對論量子力學的時候,從理論上提出了可能存在帶正電荷的電子。這種新的粒子,除了電荷同電子相反以外,一切性質(zhì)都和電子完全相同。1932年,美國物理學家安德遜在實驗室里發(fā)現(xiàn):一束y射線變成了一對粒子,其中一個粒子是電子,另一個和電子的質(zhì)量相同,但是電荷相反。這后一個粒子就是狄拉克從理論上所預言的正電子。1955年,美國物理學家西格雷等人在高能質(zhì)子同步加速器中用人工方法獲得了反質(zhì)子,這是質(zhì)量同質(zhì)子相等可是帶的是負電荷的粒子。
現(xiàn)在,我們知道每種粒子都有相應(yīng)的反粒子。
有趣的是,粒子和反粒子碰到一起的時候,會轉(zhuǎn)化成電磁輻射。物理學家把這個過程叫做正、反粒子的“淹滅”效應(yīng)。所謂淹滅效應(yīng),是指當一種基本粒子跟它的反粒子相遇的時候,兩個粒子一塊兒“消失”,轉(zhuǎn)化成其他種基本粒子的現(xiàn)象。
從反粒子人們自然想到反原子。比如,一個質(zhì)子同一個帶負電的電子相結(jié)合,就形成了一個氫原子。那么,一個反質(zhì)子和一個正電子相結(jié)合,不是會形成一個反氫原子嗎,反氫原子又可以結(jié)合成反氫分子。這樣,反粒子就可以構(gòu)成各種反元素、反分子。這種由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)就叫做反物質(zhì)。