《自然》：最新研究證實存在物質

發布時間：2007-09-14 07:50 原文鏈接：《自然》：最新研究證實存在物質—反物質分子

美國科學家的一項最新研究，找到了物質和反物質結合的確鑿證據。在9月13日《自然》雜志發表的一篇論文中，加州大學河畔分校的David Cassidy和Allen Mills表示，他們發現了兩個電子偶素（positronium，簡寫為Ps）可以相互結合，形成分子電子偶素Ps2（molecular positronium）的確鑿證據。

所謂電子偶素，其實就是一對正電子（positron，電子的反物質形態）和電子形成的原子。由于正電子和電子的電荷差異，它們很容易發生吸引，相互結合。從理論上而言，電子偶素原子（即電子—正電子對）之間也能夠相互配對，形成Ps2分子，這就好比兩個氫原子形成H2。由于正電子的質量只有質子的1/1836，因此電子偶素分子的質量也比H2分子要輕得多。

然而，Ps2有著不同尋常的一面。加州大學圣地亞哥分校的物理學家Clifford Surko表示，與普通原子可明確描述的結合不同，這四個粒子好像“在圍繞彼此跳著歡快的舞蹈”。

Ps2分子難以被發現的一個重要原因是物質和反物質在極短的時間內結合并發生湮滅，以伽馬射線的形式釋放出能量。在實驗室中，Ps原子在自我毀滅之前的存活時間僅有不到百萬分之一秒。

不過，Cassidy和Mills發現，只要他們能捕獲足夠的Ps原子，其中的一些就可以在消失之前發生結合。利用Surko開發的一種技術，研究人員制造出了一束正電子流，并將它射入多孔的石英薄膜中，試圖讓正電子與電子結合，并制造出Ps2。研究人員估計，兩個Ps結合形成分子的幾率約為十分之一。（參見相關閱讀2）

科學家的進一步研究驗證了兩個事實。Ps2中電子—正電子的湮沒速度比單獨的Ps原子更快，這是由于結合成分子后，電子和正電子碰撞幾率更大。此外，在溫度較低時Ps混合原子結合成分子的比率更大，因為低溫讓分子更加穩定，而隨之釋放出的伽馬射線也更加強烈。

新的研究將為解答一些最復雜的物理學基本問題帶來希望，比如為什么宇宙中物質比反物質多得多（宇稱不守恒）。而Mills等人也已經確立了一個實際目標，即制造大量的Ps2分子，利用湮滅釋放的高能伽馬射線來創造激光。