反物质为什么这么少,反物质被证实过吗

反物质是一种假想的物质形式，在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的。物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭并释放出高能光子或伽玛射线。1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子。2010年11月17日，欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。

自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源，它们都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。在30年代初，就有人发现了带正电的电子（电子（Electron）是一种带有负电的亚原子粒子）[1]，这是人们认识反物质的第一步。到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量（E=mc²）。能量释放率要远高于氢弹爆炸。 在丹·布朗的小说《天使与魔鬼》里，恐怖分子企图从欧洲核子中心盗取反物质，进而炸毁整座梵蒂冈城。与此类似的是，YQZ的小说《末日大逃亡之地球毁灭》中，男女主角在费米国家实验室科学家的帮助下，成功地用运载35克反物质的洲际导弹炸毁了撞向南极洲飞船基地的中子星，而它曾经受数千枚核弹狂轰滥炸却毫发无伤。

反物质概念是英国物理学家保罗·狄拉克最早提出的。他在20世纪30年代预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子，例如反电子，其质量与电子完全相同，而携带的电荷正好相反（A）。 且电子的自旋量子数是-1/2而不是正1/2。

欧洲航天局的伽马射线天文观测台，证实了宇宙间反物质的存在。他们对宇宙中央的一个区域进行了认真的观测分析。发现这个区域聚集着大量的反物质。此外，伽马射线天文观测台还证明，这些反物质来源很多，它不是聚集在某个确定的点周围，而是广布于宇宙空间．

正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质。

电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别？其实粒子实验已证实，粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。这里我们讨论一下重子数的概念。

质子与中子被统称为核子。人们从核现象的研究发现，质子能转化为中子，中子也能转化为质子，但在转化前后，系统的总核子数是不变的。也就是说在中子转变为质子的同时，质子也在转变为中子。

50年代起的粒子实验表明，还有很多种比核子重的粒子，它们与核子也属同一类，这类粒子于是被改称为重子，核子仅是其最轻的代表，一般的规律是：当粒子通过相互作用而发生转化，系统中的重子个数是不会改变的。

由于重子数的守恒性，两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子的系统的，那么反核子应当怎么产生？实验表明，反核子总是在碰撞中与核子成对地产生的。例如 p+p → N+N+N+N’+若干 π介子，其中N代表质子或中子，N’代表反质子或反中子。反核子一旦产生，它常很快与周围的某个核子再相碰而成对地湮灭。例如

N+N’ → 若干 π介子。按照这种说法推论，在宇宙的某个地方，一定存在着反物质世界。如果反物质世界真的存在的话，那么，它只有不与物质会合才能存在。可物质与反物质怎样才能不会合？反物质在宇宙何方？这还是待解之迷。

对于比核子更重的重子，情况完全一样。反重子也总是与重子成对地产生，成对地湮灭的。这些经验使人们认识到，重子数的守恒规律需要重新认识。现在人们把重子数B当作描述粒子性质的一种电荷。正反重子不仅有相反的电荷，而且也有相反的重子数B。令任一个重子都具有重子数B=+1，则任一个反重子都具有B=-1。介子、轻子和规范子等非重子不具有重子数，即它们有B=0。重子数的守恒规律可表述为：任何粒子反应都不会改变系统的总重子数B。这表述既反映了不涉及反粒子时的重子个数不变，也概括了反粒子与粒子的成对产生和湮灭。现在我们容易理解中子和反中子的区别了，它们具有相反的重子数B，因此反中子能与核子相碰导致湮灭，而中子则不能。

此外，人们还类似地发现了轻子数的守恒性。中微子虽不带电，也不具有重子数，但它与反中微子具有相反的轻子数。按轻子数的守恒性，中微子与反中微子的物理行为也是很不一样的，实验还表明，介子数和规范粒子数是不具有守恒性的。这样我们看到，电荷只是粒子的一种属性，另外还有用重子数和轻子数等物理量刻画的其他属性。正反粒子的这些属性也都是相反的。1928年，英国青年物理学家狄拉克从理论上首次论证了正电子的存在。这种正电子除了电性和电子相反外，一切性质和电子相同。1932年，美国物理学家安德逊在实验室中发现了狄拉克所预言的正电子。1955年，美国物理学家西格雷等人用人工的方法获得了反质子。此后人们逐渐认识到，不仅质子和电子，所有的微观粒子都有各自的反粒子。

这一系列科学成果使人们日渐接近反物质世界。然而问题并不那么简单。首先，在地球上很难发现反物质。因为粒子与反粒子碰到一起，就像冰块遇上火球一样，或者一起消失，或者转变为其他粒子。所以在地球上，反物质一旦碰上其它物质就会被兼并掉。其次，制造反物质相当困难而且耗费巨大，需要如SSC或LHC之类的高科技仪器，并且即使制造出反物质，也难以保存，因为地球上万物都由物质构成。

我们周围的宏观物质主要由重子数为正的质子和中子所组成。因此，这样的物质被称为正物质，由他们的反粒子组成的物质相应地叫反物质。从粒子物理的角度讲，正粒子和反粒子的性质几乎完全对称，那么为什么自然界有大量的正物质，而却几乎没有反物质呢？这正是我们现在要讨论的问题。

反物质就是正常物质的镜像，正常原子由带正电荷的原子核构成，核外则是带负电荷的电子。但是，反物质的构成却完全相反，它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。从根本上说，反物质就是物质的一种倒转的表现形式。爱因斯坦曾经根据相对论预言过反物质的存在：“对于一个质量为m，所带电荷为e的物质，一定存在一个质量为m，所带电荷为-e的物质（即反物质）”。按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。

前景

肯尼斯·爱德华兹说： “我们在反物质武器的研究上已获得重大突破——我们成功研发了一种能长期有效储存反物质的容器，这意味着反物质的军事用途即将成为现实！”　

反物质是英国科学家狄拉克（Paul　Adrie　Maurice　Dirac）于1928年根据推测出来的，1933年12月12日，他因此获得诺贝尔物理学奖金。狄拉克注意到，在相对论方程和量子电动力学的方程中，质量都是成平方出现的，那就是说 m2=(m)(m)=(-m)(-m)[相对论： W2/C2-PR2-m2C2=0和量子力学理论： [W2/C2-PR2-m2C2] Ψ=0 ]，那么这个负质量是什么意思呢？于是反物质就被狄拉克这样轻松地从理论上推导出来了。由此看来，诺贝尔奖有时候就是如此简单，只是我们都视而不见或胆量不够，因为狄拉克为此也曾一度被众多科学家们讥讽为疯子。现在，组成物质的12种基本粒子的全部反粒子都已经被科学家在加速器中找到。美国实验物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪—-AMS被送到太空，就是为了寻找太空中的反物质以及由反物质组成的宇宙。因为反物质和物质相遇就会湮灭，所以反物质无法在自然界找到，必须要到太空深处去寻找。位于法国和瑞士边界，耗资80亿美元，由2000多名物理学家花费14年时间建造的大型强子对撞机—（LHC），已经在2008年9月10日首次运行，用来探索反物质和宇宙大爆炸开始后万亿分之一秒内宇宙中物质的组成。根据宇宙大爆炸理论，爆炸形成的物质和反物质应该是对称的，可是我们的宇宙中物质和反物质却是不对称的。否则它们相互湮灭，也就不会有你我以及这宇宙和宇宙中的一切了。那么与我们的宇宙物质对称的反物质哪儿去了呢？1977年科学家们发现在银河系中心附近有一个可能的反物质源。如果那个地方真的存在，就意味着存在天然的反物质，也意味着人类直接从天然得到反物质的可能性，同时物质与反物质之间的万有斥力，也可以帮助我们解释为什么我们的宇宙在加速膨胀。1979年，美国科学家把一个有60层楼高的巨大气球放到离地面35公里的高空，气球上载有一批十分灵敏的探测仪器，结果，它在高空猎取了28个反质子。这是在地球以外第一次发现的反物质。物质和反物质在湮灭时会产生巨大的能量，并且不会像核弹那样产生放射线污染，所以被认为是一种最理想的清洁能源。但是科学往往都是一把双刃剑，可以造福人类，当然也可以给人类带来巨大的灾难。由几克反物质制造的炸弹就能毁灭地球，1克反物质产生的能量，就足以为23架航天飞机提供动力。反物质的应用，可以从根本上改变能源供应的模式，将会是一场能源革命。但是由于目前是由加速器产生的高能粒子打击固定靶产生反粒子，再经减速合成的，此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量，且生成反物质的速率极低，生产一千亿分之一克的反物质，需要耗资近60亿美元，因此尚不具有经济和应用价值。

前不久，一个由日本和美国科学家组成的研究小组，计划从今年开始在南极上空放飞气球，捕捉反物质天体释放出的反粒子，寻找反物质天体如友星系存在的证据．目标是观测低能反质子和反氦原子核。自1933年以来，日美研究小组曾在加拿大用气球进行观测，该地区受地球磁场和大气影响小．但为了不让气球飞跑，必须当天回收。而在南极上空，气球可持续飞行两周，观测数据能大幅度增加。

目前，人们发现和制造的反物质粒子虽然不多，但正电子作为反物质的一种形式，已经有了许多实际用途。例如，正电子发射X射线层析照相术（PET），医生利用PET扫描不仅能得出病人软组织的详细图像，而且能够观察他们体内的化学过程，其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。

反物质能潜在且十分诱人的用途是用来制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合湮灭来获得能量，这种燃料的0.01克所产生的推力相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料（B）。此外，利用反物质能进行星际旅行，还可以减少携带燃料的质量，进一步提高飞行器的飞行速度。