反物質存在嗎?

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在現代物理學中,反物質是反粒子概念的延伸,類比於普通物質,普通物質是由普通粒子組成的,那麼反物質就是由反粒子組成。

反粒子是存在的。

每天在粒子加速器和自然過程如宇宙射線碰撞和某些類型的放射性衰變中產生微觀數量的反粒子,但在實驗中只有一小部分成功地結合在一起形成反原子。由於極高的成本和生產和處理的難度,從未組裝過宏觀量的反物質

反粒子的碰撞與結合

理論上,粒子及其反粒子(例如,質子和反質子)具有彼此相同的質量,但是具有相反的電荷和量子數的其他差異。例如,質子具有正電荷而反質子具有負電荷。

眾所周知,任何粒子與其反粒子夥伴之間的碰撞都會導致它們相互湮滅,從而產生各種比例的強光子(伽馬射線),中微子,有時還會產生質量較小的粒子 - 反粒子對。湮滅通常會導致能量釋放,可用於加熱或其他工作。根據質量 - 能量等效方程,E = mc^2,釋放能量的量通常與碰撞物質和反物質的總質量成比例。

反物質顆粒彼此結合形成反物質,正如普通顆粒結合形成正常物質一樣。例如,正電子(所述的反粒子電子)和反質子(所述的反粒子質子)可以形成反氫原子。人工製造了氦核具備很大的難度,這也是迄今為止觀察到的最複雜的反核。

物理原理表明複雜的反物質原子核是可能的,以及對應於已知化學元素的反原子。

有強有力的證據表明,可觀測的宇宙幾乎完全由普通物質組成,而不是物質和反物質的平等混合物。 這種物質與反物質的不對稱性在可見宇宙是一個偉大的且是一個物理學尚未解決的問題。物質和反物質粒子之間的這種不等式發展的過程稱為重子生成。

圖 反物質的一種解釋

概念的提出及歷史發展

反物質概念出現在過去已被拋棄的物質理論中。利用曾經流行的引力渦旋理論,威廉希克斯在19世紀80年代討論了具有負引力的物質的可能性。在19世紀80年代和1890年代之間,卡爾皮爾遜提出存在“噴射” 和以太流的下沉:噴射代表正常物質,吸收物代表負面物質。

術語中反物質最早是由阿瑟·舒斯特異想天開的提出,在1898年,他創造了這個詞。他假設了反原子以及整個反物質太陽系,並討論了物質和反物質相互消滅的可能性。舒斯特的思想並不是一個嚴肅的理論提議,只是推測,和以前的思想一樣,與現代的反物質概念不同,因為它具有負面的引力

現代反物質理論始於1928年,由保羅狄拉克撰寫的論文中提到。儘管狄拉克本人並沒有使用反物質這個術語,但它的論文中的使用自然地來自反電子,反質子等。查爾斯珍妮特於1929 年進一步的設想了完整的反物質週期表。

圖 反物質概念圖

結論

儘管關於反粒子已有實驗現象證明,但是反粒子組成的宏觀反物質似乎好沒有直接證據。關於這個問題,上述僅代表個人言論與觀點,如有興趣請進一步查詢專業學術期刊雜誌等。


工學腦洞


反物質與“和萬有引力排斥的力”是兩碼事。