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科学家制造出反物质并观察到往下落,反物质是什么?日常生活中有用途吗?

 安喜的空间 2023-10-04 发布于上海
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图:物质和反物质互为镜像。
反物质由反粒子构成,自然界中不会稳定存在。放射性衰变和宇宙射线撞击产生的痕量反物质粒子,很快会与环境中的正物质粒子接触,瞬间就湮灭了。
从定义上看,反物质是与普通物质相反的物质,比如反质子、反中子、反电子(也称为正电子)等。反物质的基本特性是它们的电荷和其他量子性质与普通物质正好相反。例如,反质子的电荷是负的,而普通质子的电荷是正的。
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图:实验表明,反物质也是落向大地的。
最新,欧洲核子研究中心的科学家首次完成了反氢原子的“自由下落“实验,这个实验成果验证了反物质和普通物质受到相同的引力效应,也是被地球吸引的!这也符合主流观点,并爱因斯坦的与广义相对论理论预言一致。
在日常生活中,反物质也有用途,那就是医院里使用的PET扫描。PET全称是“正电子发射断层扫描”,正电子就是电子的反物质。我们知道,肿瘤细胞由于快速生长需要大量的葡萄糖,如果把发射正电子的元素融合进葡萄糖中,当肿瘤细胞利用葡萄糖的时候,肿瘤所在的地方就会看到更多的正电子和电子湮灭产生的伽马射线,也就能定位肿瘤的位置。
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图:PET对人体进行扫描
需要注意的是,目前人类技术水平下,制造、储存和处理大量的反物质非常困难,因为反物质会与普通物质接触时发生剧烈的能量释放,很快就消失了。
获得和处理反物质的困难主要源于反物质与普通物质接触时会发生湮灭反应,将质量转化为能量。这种湮灭反应是相当剧烈的,一克物质和反物质湮灭释放的能量比投掷到广岛的小男孩原子弹威力还要大。
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由于反物质不是自然界中常见的物质,因此需要用高能粒子加速器等特殊设备来制备。制备反物质需要高度精确的实验控制和极高的能量,这使得成本极高,而且难度很大。到目前为止,人类收集到的反物质重量不过“纳克”量级。
总的来说,尽管科学家们能够在实验室中制备痕量的反物质并能研究其性质,但想大规模、稳定地制备和储存反物质仍然是一个遥不可及的目标。

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