科技爱好者427
图注：此处显示的反质子减速器从粒子加速器中吸收高能质子，并使它们与金属靶碰撞，从而导致新质子和反质子的自发产生。减速器会减慢这些反质子的速度，将其用于创建和测量反原子的特性。 不仅在地球上，而且在我们所看的宇宙中的任何地方，我们发现大大小小宇宙结构都是由物质构成。物质，也就是说，与反物质相反。我们发现的每个星系、恒星、行星、气体和尘埃的集合都是由物质构成的，展现出了我们在地球这个物质行星上所熟悉的确切的物理和化学特性。但是，如果要是传统的东西都由反物质组成，反物质它具有黏性吗？答案是肯定的。反物质是黏性的：与通常情况一样黏性。
- 图注：面包面团，根据面团的确切成分和水含量，可能会发黏。如果上图所揉面团，是由反物质而不是正常物质制成，则“黏性”值将与常规物质黏性值相同。
当我们谈论物质的常规特性（例如它们的黏性、弹性或弯曲度）时，它们是整体的，大规模的宏观特征。在科学中，我们称之为这些物理特性：可以在不改变物质性质的情况下对其进行测量。当我们触摸黏性面包面团、弹性橡皮筋或弯曲的树枝时，我们能发现它们保持黏性、弹性或弯曲性。
但是，如果我们问“是什么原因导致了这些物理特性”，那么我们必须一直深入到微观世界，以了解真正发生的事情。在微观尺度上，远低于人眼所能看到的极限，一切都是由原子构成的。这些原子结合在一起成为分子，然后通过原子间力将它们结合在一起，构成我们在传统经验中相互作用的大型物体。
- 图注：此插图来自显示水分子动态相互作用的动画。单个的H2O分子为V形，水之所以具有其性质，是因为其分子结构和这些水分子中电子的行为。水的反物质对应物预期行为相同。
当某些东西摸起来很黏时，是因为我们所触摸的材料中的电子与指尖中的电子以特定的方式相互作用，从而产生了我们与黏性相关的特性。我们与这种"黏性"感觉相关的一切都基于这些原子中的电子如何结合在一起：共价、电离、混合物、悬浮物和溶液，以及通过它们与其他材料之间的氢键。
我们可以自由地将任何其他喜欢的物理特性，以及喜欢的任何其他交互替换为“黏性”和指尖：诸如颜色的特性以及发射/反射的光子如何与眼睛交互。在每种情况下，分子及其相互作用都是我们所经历的，但是单个原子和这些原子中电子所产生的原子跃迁决定了分子的性质和相互作用。
- 图注：镥-177原子的能级差异。请注意，只有特定的离散能级可以接受。虽然能级离散，但电子的位置不离散。
这使我们进入了一个有趣的十字路口。我们没有大量稳定的反物质可以使用和控制。 如果这样做的话，我们可以从中构建出反分子和宏观物体，并测试其如何与其他形式的反物质相互作用。但这仍然是有兴趣研究反物质的物理学家和材料科学家的梦想。 实际上，很长一段时间以来，我们所得到的只是理论计算来指导我们。
反物质的概念已有90年的历史了，最初是出于纯粹的理论考虑。最早描述量子力学中单个粒子的方程式——薛定谔方程——与爱因斯坦的狭义相对论不相容：它不适用于接近光速运动的粒子。早期使薛定谔方程相对论的尝试对某些结果给出了负概率，这是无稽之谈：所有概率都必须在0到1之间；负概率没有物理意义。
- 图注：所谓的“狄拉克之海”源于求解基于复杂向量空间的狄拉克方程，产生了正负能量解。负解很快被反物质识别，特别是正电子（反电子）为粒子物理学开辟了一个全新的世界。
但是，当第一个相对论方程准确地描述了电子的可观察特性时，它就具有这种怪异的特性：电子只是该方程的一个可能解。还有另一种对应于“相反”状态的解决方案，其中电子周围的所有东西都被翻转了。自旋被翻转，电荷被翻转，其他量子数也被翻转。
最初，人们拒绝了对此的正确解释，但事实证明它是正确的：在宇宙中应该有一个“反电子”，它将把它遇到的任何电子湮灭为纯能量（光子）。 这种反粒子，现在称为正电子，原来是我们发现的第一个反物质实例。90多年后，我们现在知道每个物质粒子都有一个反物质对应物：一个反粒子。
- 图注：现在，已经直接检测了标准模型的粒子和反粒子，最后一个希格斯玻色子也在本世纪初的大型强子对撞机中找到。所有这些粒子都可以在LHC能量下产生，粒子的质量对于完整描述它们是绝对必要的。这些粒子和反粒子可以通过标准模型基础的量子场理论的物理学很好地描述。
问题是，产生反物质的唯一方法是，通过爱因斯坦著名的质量能量等价关系：E = mc^2，将物质与如此多的能量粉碎在一起，从而自发地产生新的粒子-反粒子对。长期以来，这带来了一个问题，即所有反物质粒子总是接近光速移动，所有它们需用如此多的能量才能产生。
它们要么衰减或与它们相遇物质粒子湮灭，这对于粒子物理学家来说产生了很好的结果，但对于任何想知道反物质是否具有与物质相同的特性的人来说，结果非常糟糕。虽然电荷和自旋（以及其他一些量子特性）应该逆转，但在组装反原子、反分子甚至反人类方面，物理学应该导致相同的结果。
- 图注：欧洲核子研究中心的反物质工厂的一部分，其中带电的反物质粒子被汇集在一起，可以形成正离子、中性原子或负离子，这取决于与反质子结合的正电子的数量。如果我们能够成功捕获并存储反物质，它将代表100％高效的燃料来源。我们还开始测量反物质的电磁特性，这些特性与已经测量的普通物质的特性相同。
但是最近，我们获得了通过实验测试反粒子如何结合在一起的能力。在欧洲核子研究中心（CERN），欧洲核子研究组织是大型强子对撞机的所在地，整个大型综合体致力于反物质的创造和研究。它被称为反物质工厂，其专业不仅涉及生产低能反质子和低能正电子，而且还将它们结合在一起形成反原子。
对于那些有兴趣确定反物质是否像常规物质一样黏稠的人来说，这就是真正有趣的地方。如果反物质按照与正常物质相同的相似规则起作用，那么反原子应表现出与正常原子相同的某些性质。它们应具有相同的能级，相同的（反）原子跃迁，相同的吸收和发射线，并应结合在一起形成反分子，就像原子形成正常分子一样。
- 图注：在一个简单的氢原子中，单个电子绕单个质子运行。在反氢原子中，单个正电子（反电子）绕着单个反质子运行。正电子和反质子分别是电子和质子的反物质对应物。
2016年，欧洲核子研究组织反物质工厂的ALPHA实验的科学家首次测量了反氢的原子光谱，完全期望它会以与普通氢完全相同的频率吸收和发射光子。第二年，他们能够测量反原子能级的超精细结构，并再次获得了与正常物质的能级极好的匹配的结果：在0.04％以内。
现在已经执行了额外的测量，并达到了令人难以置信的精度，而且每次得到的结果都是相同的：反原子中的正电子具有与正常原子内的电子相同的量子特性，包括相同的跃迁和相同的能级。还产生了更重的反核，并且在每一个转弯处，我们都得到相同的结果：反原子具有与正常原子对应物相同的电磁特性。
- 图注：2020年2月，关于反氢原子中发生量子转换的惊人细节被披露出来。在每个可测量点，光谱与正常物质的类似观测值相同。
反物质的首次精确测试已经进行了几年，因为21世纪10年代对他们来说是一个革命性的十年。无论何时何地，无论我们能看到什么，它都是正常反物质的基础：
反质子
反中子
由反质子和反中子结合在一起形成的较重核，
和正电子，
结合在一起，并展现出与正常物质在每种可测量方式上都相同的量子跃迁。
我们可能想知道，在物理定律下，我们是否允许它们与众不同，还有一点回旋余地：放射性衰变。弱核相互作用是唯一违反物质与反物质对称性的相互作用，并且某些过程对于物质与反物质而言可能略有不同。例如，两个质子在阳光下融合在一起时，有10^28分之一的机会产生氘核。对于反质子和反氘核，该值可能不同。
- 图注：当两个质子在太阳中相遇时，它们的波函数重叠，允许氦-2的暂时产生：二质子。它几乎总是分裂成两个质子，但是在极少数情况下，由于量子隧穿和弱相互作用，会产生稳定的氘核（氢-2）。对于本系统的反物质对应物，这些分支比率，以及因此的脱产率可能并不相同。
如果我们是由反物质而不是正常物质构成的，那么我们与地球上的所有其他事物一样，我们所知道的一切的物理和化学特性将保持不变。不管椅背上的那个神秘，黏稠的物质是什么，反物质都将同样具有黏性，弹性、可弯曲性和颜色或我们可以测量的任何其他常规属性也是如此。
就实验和观察而言，反物质与其他形式的反物质相互作用的方式，与正常物质与其他形式的正常物质相互作用的方式完全相同。如果正常物质的某些构型是黏性的，则其反物质对应物将同样具有黏性。仅当我们要尝试触摸它进行验证时，请确保我们也由反物质构成。否则，结果将比粘性更具爆炸性。
