據國外媒體報道,美國物理學家宣布,他們已經解決了60年一直困擾科學界的一個謎團,創造出電子偶素分子,這是由物質和反物質組成的短命的原子。
這項成就有助于核聚變電力和定向能武器,如伽馬射線激光等的研發,而且還有助于解開長期存在的宇宙之謎。在物理學的標準定律中,每個類型的普通物質粒子都有相應的“反粒子”存在。例如,正電荷質子擁有負電荷對應物??反質子。帶有負電荷的電子被正電子抵消。粒子和反粒子相遇只是個非常短暫的過程,它們在瞬間釋放出能量,彼此消滅對方。電子和正電子相遇時,這兩類粒子創造出短暫的、像氫一樣的原子,這種原子被稱作電子偶素。1946年科學家第一次提出有這種物質存在,并在5年后得到證實。
研究電子偶素的理論家??美國物理學家約翰?惠勒也指出,電子偶素應該以2原子分子的形式存在,這種形式被稱作Ps2,他認為甚至還應該存在3原子的版本??Ps3。到目前為止,這種假設一直沒得到證實。科學家在工作中遇到的最大障礙是,如何在實驗室環境下創造出這種過分苛刻的短命分子。在自由空間中,兩個電子偶素原子不能結合在一起,因為它們有很多超額能量,會將它們再次分開。
這項成果發表在英國《自然》雜志上,加州大學河濱分校的物理學家大衛?卡斯迪和艾倫?米爾斯詳細論述了他們克服這個障礙,在實驗室環境下創造出世界上第一個Ps2的過程。他們首先創造出一個特殊的裝置,將大約2000萬個正電子限制在里面,然后在十億分之一秒的時間內在多孔滲水的硅土表面將它們迅速集中。隱藏在小孔里的正電子捕獲到電子,形成電子偶素原子,在它們彼此消滅對方之前依次結合,形成大約10萬個兩原子分子。
小孔中的硅土壁是成功的關鍵,因為它們能吸收這些原子的剩余能量,允許它們結合,只是這些物質會轉瞬即逝。這些科學家認為,他們證明了這些被創造出來的人們長期尋找的分子,來自原子相互消滅對方時釋放的伽馬射線產生的溫度曲線。
物質和反物質相互殲滅的過程已經應用到醫學上,正電子發射斷層顯像(PET)掃描提供了人體的三維圖像,便于醫生發現疾病。物理學家長期以來一直在思考一種不可思議的事情,物質通過反物質達到平衡的事實違反了“對稱”法則。物質似乎在我們看得見的宇宙中占據支配地位,其他專家表示,這項新研究有助于解釋為什么會是這樣。加利福尼亞大學圣地亞哥分校的物理學教授克利福德?蘇爾庫沒有參與這項研究,他說:“他們的研究為我們理解物質和反物質提供了新方法。它甚至還提供了創造更多反物質的方法,很有可能會導致新科學和重要新技術的產生。”
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