你可能不知道關於反物質的十件事

2020-12-04 上古量子科技

反物質是科幻小說的素材,在書和電影裡被描繪為天使或惡魔,星際迷航企業號星艦使用物質-反物質湮滅推進來進行比光更快的星際旅行。

但是反物質也是現實的東西。反物質粒子幾乎與它們的物質對應物相同,只是它們攜帶相反的電荷和自旋。當反物質遇到物質時,它們立即湮沒成能量。

雖然反物質炸彈和反物質動力太空船是遙不可及的,但反物質仍然有許多事實會使你的腦細胞興奮加速。

1.在大爆炸之後,反物質應該已經消滅了宇宙中的所有物質。

根據大爆炸理論應該創造出同等數量的物質和反物質。當物質和反物質相遇時,它們就會湮滅,只剩下能量。所以原則上,我們都不應該存在。

但我們依然存在,據物理學家所知,這只是因為每十億個物質--反物質對中有一個額外的物質粒子。物理學家們正在努力工作,試圖解釋這種不對稱。

2.反物質比你想像的更接近你。

少量反物質不斷以宇宙射線的形式降落在地球上,宇宙射線是來自太空的高能粒子。這些反物質粒子以每平方米不到一個到100個的到達我們的大氣層,科學家們也見證反物質產生於雷暴之上。

但是其他的反物質源甚至更接近我們的生活。例如,香蕉產生反物質,大約每75分鐘釋放一次正電子,相當於電子的反物質。這是因為香蕉含有少量的鉀-40,這是一種天然存在的鉀同位素。當鉀-40衰變時,它偶爾會在這個過程中噴出一個正電子。

我們的身體也含有鉀-40,這意味著正電子也是從你身上發射出來的。反物質在與物質接觸時立即湮滅,因此這些反物質粒子壽命很短.

3.人類只製造了少量反物質。

反物質湮滅有釋放大量能量的潛力,一克反物質可以產生一枚核彈那麼大的爆炸。然而,人類現有技術只能產生了少量的反物質。

費米實驗室的Tevatron粒子加速器產生的所有反質子加起來只有15毫微克,在CERN上生產的約為1毫微克,在德國的DESY到目前為止已經產生了大約2毫微克的正電子。

如果人類製造的所有反物質一次性被利用,產生的能量甚至不足以煮一杯茶。

主要問題在於反物質生產和儲存的效率和成本非常高,製造1克反物質將需要大約250億千瓦的能量,花費超過100萬美元。

4.存在反物質陷阱。

為了研究反物質,你需要防止它被物質湮滅,科學家們已經創造出了實現這一目標的方法。

帶電荷的反物質粒子,如正電子和反質子,可以被保存在稱為石牆陷阱。它們可以與微型加速器相媲美,在裡面粒子螺旋旋轉,因為磁場和電場阻止它們與陷阱的牆壁碰撞。

但是石牆陷阱不會作用於中性粒子,比如反氫。因為它們沒有電荷,所以這些粒子不能受到電場的限制。相反,他們被關押在陷阱空間,它是通過創造一個空間區域來工作的,磁場在各個方向都會變大。粒子在磁場最弱的情況下被困在這個區域,就像石球在碗底滾動一樣。

地球的磁場也可以起到反物質陷阱的作用,在地球周圍的區域發現了反質子範艾倫輻射帶.

5.反物質可能下降。

反物質和物質粒子有相同的質量,但在性質上不同,如電荷和自旋。標準模型預測,重力應該對物質和反物質有同樣的影響。

觀察重力對反物質的影響並不像牛頓看著蘋果從樹上掉下來那樣容易,這些實驗需要將反物質保存在陷阱中,或者通過將反物質冷卻到絕對零度以上的溫度來減緩它的速度。由於引力是最薄弱的基本力,物理學家必須在這些實驗中使用中性反物質粒子來防止更強大的電力幹擾。

6.粒子減速器中的反物質。

你聽說過粒子加速器,但你知道還有粒子減速器嗎?有一臺叫做反質子加速器一種能捕獲和減緩反質子來研究其性質和行為的儲存環。

在大型強子對撞機這樣的圓形粒子加速器中,粒子每次完成旋轉時都會得到一股能量。減速器的作用是相反的,而不是能量的增強,粒子會被踢向後,以減緩它們的速度。

7.中微子可能是它們自己的反粒子。

物質粒子及其反物質粒子攜帶相反的電荷,使它們易於分辨。中微子,幾乎沒有質量的粒子,很少與物質相互作用,沒有電荷。科學家認為它們可能是Majorana粒子,是一種假設的粒子類別,是它們自己的反粒子。

一些放射性核同時衰變,釋放出兩個電子和兩個中微子。如果中微子是它們自己的反粒子,它們會在雙衰變之後互相湮滅,而科學家只會觀察到電子。

找到Majorana中微子可以幫助解釋為什麼反物質不對稱存在。這些重的Majorana中微子進行不對稱地衰變,導致微小物質過剩,使我們的宇宙得以存在。

8.反物質用於醫學。

PET(正電子發射層析成像)使用正電子產生高解析度的人體圖像,正電子發射的放射性同位素(如香蕉中的放射性同位素)附著在化學物質上,如人體自然使用的葡萄糖。它們被注入血液中,在那裡它們自然被分解,釋放出正電子,這些正電子在體內相遇並湮滅。這些湮沒產生的伽馬射線被用來構造圖像。

CERN的科學家ACE項目已經研究了反物質作為癌症治療的潛在候選。醫生們已經發現,只有在安全通過國際健康組織審核後,他們才能將能量釋放出來。使用反質子會增加額外的能量爆發。這項技術在倉鼠細胞中被發現是有效的,但是研究人員還沒有對人類細胞進行研究。

9.本應阻止我們存在的反物質可能仍然潛伏在空間中。

科學家們試圖解決反物質不對稱問題的一種方法是尋找大爆炸遺留下來的反物質。

這個α磁譜儀是位於國際空間站上方尋找這些粒子的粒子探測器,探測器在粒子通過時對其進行評估和識別。

宇宙射線碰撞通常產生正電子和反質子,但是產生反氦原子的機率極低,因為它需要大量的能量。這意味著,即使是對單個反氦核的觀測,也將成為宇宙中存在大量反物質的有力證據。

10.人們實際上正在研究如何用反物質為太空飛行器加油。

只有少數反物質能產生巨大的能量,成為科幻小說中未來車輛的一種受歡迎的未來燃料。反物質火箭推進在假設上是可能的,主要的限制是收集足夠的反物質來實現它。

目前還沒有大規模生產或收集反物質所需的技術。然而,少數研究人員對推進和儲藏研究,有一天如果我們能找到一種創造或收集大量反物質的方法,有助於將反物質推動的星際旅行成為現實。

相關焦點

  • 關於反物質你可能想要知道的10件事
    在《天使與魔鬼》中,壞人們就試圖用反物質炸彈摧毀梵蒂岡,湯姆漢克斯扮演的蘭登教授帥氣的阻止了這個陰謀。《星際迷航》裡,企業號宇宙飛船的燃料正是反物質,利用正反物質的湮滅作為動力實現光速飛行。但反物質並不僅存在於科幻中。在現實中,反粒子和它的對應例子幾乎完全相同,除了他們帶有相反電荷和自旋。當物質和反物質相遇時,它們會瞬間湮滅釋放出能量。
  • 關於黑洞,你可能不知道的十件事
    現代天文學的魔主,宇宙中最令人顫慄的誘惑者,令人討厭的怪獸,物質世界最可怕的東西……但我們對它著迷,即使我們對它並不了解。我們本可以羅列出上百個關於黑洞的奇怪事情,不過本文僅提出十個關於黑洞的事實,有些讀者可能已經知曉其中的一些,但希望你們不是全知道,如果你真的全都知道,那麼請隨意留下體現您優越智慧的評論。一、它們的強大不在於他們的質量,而在於它們的尺度。
  • 關於反物質的十件事:人體也會釋放反物質—新聞—科學網
    人體也會釋放反物質 ——關於反物質你可能不知道的十件事 電影《
  • 你需要知道的關於海洋垃圾的十件事
    你需要知道的關於海洋垃圾的十件事海洋垃圾會纏住並傷害海洋生物。
  • 關於小行星Bennu,你可能不知道的10件事
    北京時間10月21日凌晨6時12分,美國宇航局的OSIRIS-REx太空飛行器完成了在小行星Bennu上的著陸採樣任務,目前,地面控制團隊正在對任務效果進行評估,預計,最遲在明天晚些時候,科學家將能夠對這次著陸採樣任務的效果得出結論,主要評估是否採集了足夠多的巖石和土壤樣品(不少於60克)。
  • 關於反物質的十件事:人體也會釋放反物質
    比如,正電子(電子的反物質)和一個反質子可以構成一個反氫原子。除此之外,反物質還有很多令我們驚嘆的特徵,美國費米國家實驗室和斯坦福直線加速器中心(SLAC)聯合創辦的《對稱》雜誌網站,列出了我們可能不知道的關於反物質的十件事。1928年,狄拉克預言了電子的反粒子——正電子的存在。
  • 不止看到的那樣簡單:光子有八件事你可能不知道
    (原標題:關於光,你可能不知道的八件事) 光遠不止我們看到的那樣簡單
  • 關於《神探夏洛克》你不知道的十件事
    下面放鬆一下心情,一起來回顧一下關於《神夏》的十件趣事,好好期待第四季第二集播出吧,畢竟誰也不知道下一季又要等到什麼時候了。As Sherlock returns to our screens, here are 10 curious things you might not have known about the BBC series:BBC電視劇《神探夏洛克》回歸了,下面是關於這部劇你可能有所不知的
  • 關於黑洞,你想知道的十件事都在這了!
    這裡有十件有關黑洞的事可能是你想知道的: 至少需要10億年時間才能達到一個很大的體積,但總體上說我們不知道要花多久才會形成這樣的黑洞。
  • 關於木衛的鯉魚你不知道的50件事
    並不,其實只有十件事哈哈哈哈。  因為剛和大家見面的時候,大家對鯉魚有很多好奇,又隨著留言功能的開通,我們想和大家有更多的溝通和互動,所以特意挖了些內部消息哈哈哈哈。以後的每周五·晚·一個有深度的話題·有深度的鯉魚·陪你·過周末當然也可以留言問我們問題(雖然不一定會答,哈哈會答啦騙你的,當然要是高數,物理什麼的可能真的就,中學生玩什麼手機,好好學習哦!)
  • 你可能不知道的關於月球的10件事
    長久以來,月亮是美好和神秘的,我們可能多多少少學習到關於月球的知識,但space.com總結了十條你可能不知道的事實。也就是雖然月球被潮汐鎖定,公轉和自轉周期一致,但公轉過程中會出現不完全匹配的情況,這被稱為經度天平動。因此,我們可以看到更多月球範圍。但我們依然還有41%的月球範圍永遠看不到。三、幾十萬個月亮的亮度相當於一個太陽滿月的視星等為-12.7,而太陽為-26.7。但兩者的亮度比率是398110:1。
  • 關於艾薩克牛頓你可能不知道的9件事
    關於艾薩克·牛頓,你可能不知道的9件事了解更多關於這個迷人的英國人,從他的工作,包括送人上絞刑架的原因,是他最激烈的競爭之一。1. 他不幸的童年塑造了他神秘的性格。牛頓三歲時,他的母親嫁給了一個富有的牧師巴納巴斯·史密斯,他不想要繼子。牛頓的母親和她的新丈夫住在另一個村莊,把年幼的兒子留給他的祖父母照顧。被母親拋棄的經歷使牛頓傷痕累累,這可能是他形成孤獨、不信任的天性的原因之一。十幾歲時,他把自己過去的罪過列了一張清單,其中包括:「威脅我的父母史密斯,要把它們和房子燒掉。」成年後,牛頓全身心地投入到工作中,沒有任何愛好,也從未結過婚。
  • 盤點20件關於達爾文你可能不知道的事
    北京時間2月11日消息,據國外媒體報導,2月12日將是達爾文誕辰200周年的日子,美國媒體對發生在達爾文身上的20件事情進行了盤點。從這些故事中你會看到,這位進化論的締造者曾因研究甲蟲失去過女友。
  • 不只是野生動物的天堂!關於非洲,你可能不知道的10件長見識的事
    下面是關於非洲,你可能不知道的10件事。1,國家數目最多的大洲非洲共有54個國家,是世界上國家數目最多的大洲。此外,從人口和面積來看,非洲都排在亞洲之後,是世界第二大洲。6,2050年非洲人口將達到23億根據2016年的統計數據,非洲人口約為12億,但非洲人口增長迅速,據專家估計,到2050年,非洲人口很可能翻一倍,達到23億。
  • 關於蝙蝠俠你不知道的十件事
    白天是窮得只剩下錢的花花公子,晚上是護守人類的黑暗騎士,「蝙蝠俠」歷經大半個世紀依舊人氣不減。這位超級英雄自1939年5月首次露面於《偵探漫畫》(Detective Comics)第27期,旋即成為全球流行文化裡的標杆性人物。
  • 外媒盤點:關於貝努小行星你必須知道的10件事
    西班牙《阿貝賽報》網站10月20日發表題為《關於貝努小行星你必須知道的10件事》的報導稱,「冥王號」探測器任務是美國國家航空航天局(NASA)首個旨在從一顆古老小行星上收集樣本並將樣本送回地球的任務「冥王號」探測器將從貝努小行星上收集60至2千克的巖石物質。這將是阿波羅登月計劃以來從太空中收集地外物質數量最多的一次任務。以下是NASA關於貝努小行星已知的信息:1、很黑貝努小行星被劃分為B型小行星,這意味著它富含碳。由於這個原因,其表面反射的光極少,約為入射光的4%。相比之下,太陽系最明亮的行星金星可以反射大約65%的入射光,地球可以反射30%的入射光。
  • 外媒盤點:關於貝努小行星你必須知道的10件事
    新華社北京10月22日新媒體專電 西班牙《阿貝賽報》網站10月20日發表題為《關於貝努小行星你必須知道的10件事》的報導稱,「冥王號」探測器任務是美國國家航空航天局(NASA)首個旨在從一顆古老小行星上收集樣本並將樣本送回地球的任務。
  • 關於豬靈,你可能不知道的7件事
    為了讓玩家更加的了解豬靈,迷戀整理了7件,你可能不知道的關於豬靈的事。除了交易貨幣的不同,交易方式也十分不一樣。村民和流浪商人只需玩家右鍵點擊即可看到可交易物品,而豬靈的交易是隨機的,你不可以進行選擇。而且交易方式也十分粗暴,你只需要將金錠扔出去,等待豬靈撿起並檢驗一番確定無誤之後,豬靈會十分不耐煩的扔給你一些道具。但整體來說豬靈要比主世界兩位商人來得更加良心,交易貨幣也更容易獲得。
  • 你可能不知道關於泛大陸的9件事
    泛大陸是什麼關於泛大陸,這裡有兩個最大的問題:為什麼它首先形成,為什麼會分裂?這就是研究人員感到模糊的地方。對於大陸的形成和分裂,科學家們還沒有提出一個原因。相反,有許多解釋。大多數科學家認為這都與地球的地幔有關。
  • 關於粒子加速器你可能不知道的10件事
    (Fymanon/譯)現在,歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)已經逐漸進入了流行文化:囧司徒(Jon Stewart)在《每日秀》裡開它的玩笑;在《生活大爆炸》裡,謝耳朵表示它曾是自己的夢想;小說《天使與魔鬼》中,邪惡勢力還從這裡竊取了虛構的「反物質」。