科學(xué)家找到實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下創(chuàng)造反物質(zhì)的簡(jiǎn)單新方法

　　現(xiàn)代宇宙學(xué)的一些重要謎團(tuán)都和反物質(zhì)有關(guān)。但反物質(zhì)很難被研究，這是因?yàn)樗浅：币姡液茈y在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下產(chǎn)生。不過現(xiàn)在，一個(gè)物理學(xué)團(tuán)隊(duì)概述了一種創(chuàng)造反物質(zhì)的簡(jiǎn)單新方法，通過向?qū)Ψ桨l(fā)射兩個(gè)激光器來模擬中子星附近的條件，將光轉(zhuǎn)化為物質(zhì)和反物質(zhì)。

　　反物質(zhì)（英語：antimatter）在粒子物理學(xué)中是反粒子概念的延伸(非物質(zhì))，反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的，如同普通物質(zhì)是由普通粒子所構(gòu)成的。例如一顆反質(zhì)子和一顆反電子〈正電子〉能形成一個(gè)反氫原子，如同電子和質(zhì)子形成一般物質(zhì)的氫原子。

　　物質(zhì)與反物質(zhì)的結(jié)合，會(huì)如同粒子與反粒子結(jié)合一般，導(dǎo)致兩者湮滅，且因而釋放出高能光子（伽馬射線）或是其他能量較低的正反粒子對(duì)。正反物質(zhì)湮滅所造成的粒子，賦予的動(dòng)能等同于原始正反物質(zhì)對(duì)的動(dòng)能，加上原物質(zhì)靜止質(zhì)量與生成粒子靜質(zhì)量的差，后者通常占大部分。

　　這理論上應(yīng)該在數(shù)十億年前摧毀宇宙，但顯然這沒有發(fā)生。那么，物質(zhì)是如何占據(jù)主導(dǎo)地位的？是什么讓天平向它傾斜的？或者說，所有的反物質(zhì)都去哪兒了？

　　但遺憾的是，反物質(zhì)的稀缺性和不穩(wěn)定性使它難以被研究以幫助回答這些問題。它在極端條件下自然產(chǎn)生，如雷擊，或在黑洞和中子星附近，以及在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)等巨大設(shè)施中人工產(chǎn)生。

　　但是現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種新的方法，可以在較小的實(shí)驗(yàn)室里生產(chǎn)反物質(zhì)。雖然該團(tuán)隊(duì)還沒有建造該設(shè)備，但模擬顯示該原理是可行的。

　　這個(gè)新設(shè)備涉及到向一個(gè)塑料塊發(fā)射兩個(gè)強(qiáng)大的激光器，一個(gè)從兩側(cè)以鉗形運(yùn)動(dòng)的方式發(fā)射。這個(gè)塊狀物上將有縱橫交錯(cuò)的微小通道，寬度僅有微米。當(dāng)每個(gè)激光器擊中目標(biāo)時(shí)，它加速了材料中的電子云，并使它們射出--直到它們與另一個(gè)激光器射出的電子云碰撞。

　　模擬圖像顯示了等離子體（黑色和白色）的密度在被來自兩側(cè)的強(qiáng)大激光擊中時(shí)如何變化。顏色代表它們碰撞時(shí)產(chǎn)生的不同能量的伽馬輻射。

　　這種碰撞產(chǎn)生了大量的伽馬射線，而且由于通道極其狹窄，光子也更有可能相互碰撞。這反過來又產(chǎn)生了物質(zhì)和反物質(zhì)，特別是電子和它們的反物質(zhì)等價(jià)物--正電子的陣雨。最后，該系統(tǒng)周圍的磁場(chǎng)將正電子集中到反物質(zhì)束中，并將其加速到極高的能量。

　　這項(xiàng)研究的作者 Alexey Arefiev 說：“這種過程很可能發(fā)生在脈沖星的磁層中，即快速旋轉(zhuǎn)的中子星的磁層。有了我們的新概念，這種現(xiàn)象可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬，至少在某種程度上，這將使我們能夠更好地理解它們”。

　　該團(tuán)隊(duì)表示，新技術(shù)非常高效，產(chǎn)生的正電子比單一激光器多10萬倍，而且輸入的激光器一開始就不需要那么強(qiáng)大。由此產(chǎn)生的反物質(zhì)光束可以在僅僅50微米的空間內(nèi)達(dá)到1千兆電子伏特（GeV）的能量，這通常需要大型粒子加速器。

　　該研究發(fā)表在《Communications Physics》雜志上。

　　資料來源：Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf