反物質是怎麼誕生的?導言近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在國内首次成功利用超強超短激光産生一種反物質——超快正電子源，這一發現未來将在材料的無損探測、激光驅動正負電子對撞機、癌症診斷技術研發等領域得到重大應用相關研究成果已于近日發表在國際學術期刊《等離子體物理》上關于反物質，你知道多少呢？，我來為大家科普一下關于反物質是怎麼誕生的?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

反物質是怎麼誕生的

導言

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在國内首次成功利用超強超短激光産生一種反物質——超快正電子源，這一發現未來将在材料的無損探測、激光驅動正負電子對撞機、癌症診斷技術研發等領域得到重大應用。相關研究成果已于近日發表在國際學術期刊《等離子體物理》上。關于反物質，你知道多少呢？

狄拉克

物理學界最純潔的靈魂

“反物質”這一物理學概念由英國科學家狄拉克于1928年根據推測得出，1933年他因此獲得諾貝爾物理學獎。

姓名：保羅·狄拉克

（1902-1984）

簡介：英國理論物理學家，量子力學創始者之一，1933年獲諾貝爾獎，預言磁單極，提出費米—狄拉克統計。

名言：物理學定律必須具有數學美。

威斯敏斯特教堂位于英國倫敦，宏偉壯觀，地位顯赫，英國人認為死後在這裡占據一席之地，是至高無上的光榮，因此把它稱為“榮譽的寶塔尖”。這裡長眠着諸多偉大人物，如牛頓、狄更斯、丘吉爾、彌爾頓。挨着牛頓紀念碑，矗立着一個墓碑，碑上镌刻着優美的公式——（W/c α·p α4m0c)ψ=0，這就是聞名世界的狄拉克方程，毫無疑問，墓碑的主人就是狄拉克，量子力學的創始人之一。

很多物理巨擘們興趣愛好廣泛,生活豐富多彩，比如玻爾是足球運動健将，海森堡彈鋼琴出神入化，泡利對歌德的作品極有研究，薛定谔不僅風流倜傥，還善于做詩，生物學造詣頗深。而我們偉大的物理學家——狄拉克基本上沒有愛好，唯一的愛好就是對着書本和公式沉思默想，他甚至可以連續幾個星期足不出戶思考問題，其間唯一的休息就是散步。

（狄拉克在授課）

狄拉克

愛因斯坦想先想到的人

1902年，狄拉克出生在英國布裡斯托爾小城，父親非常專制、偏執，規定孩子們隻能講法語，并反對一切社交，整個家庭顯得非常沉悶、冷酷。本該天真爛漫的孩子卻孤僻寡言、不善交際，更别提接觸音樂、文學、藝術。長大後，沉默寡言成為狄拉克根深蒂固的性格，他不喜歡和别人打交道，很少主動說話，不喝酒、不抽煙，偶爾去看場電影。玻爾曾評價狄拉克“所有物理學家中最純潔的靈魂”，潛台詞也許是“所有物理學家中最孤獨的靈魂”。

狄拉克的“孤獨”并不是拒絕交流合作，而是堅持獨立思考、思想深邃，他的這種可貴品質受到同時代物理巨擘的欣賞與信任。1933年，愛因斯坦籌建新澤西州普林斯頓高等研究院時，當被問及希望誰加入團隊，愛因斯坦脫口而出的第一個名字是狄拉克。

狄拉克

名垂青史的方程式

21歲時，狄拉克年進入劍橋大學，接觸到量子力學，他用了不到3年的時間，就跻身于量子物理一流研究者的行列，就能與玻爾、海森堡和泡利比劍争鋒了。當時，從事量子物理研究的有黃金三角：哥本哈根、慕尼黑、哥廷根，科學家們都是聯合作戰，而狄拉克則是孤軍奮戰。

（衆多物理巨擘合照）

在研究生涯中，狄拉克經曆了兩次低潮：

第一次，狄拉克了解海森堡關于矩陣力學的設想後，計算出了結果，他将結果寄給海森堡，海森堡複信：“先生，您遲到了，結果已由德國由波恩和約爾做出”。

第二次，狄拉克出色地證明了矩陣力學和氫分子實驗數據的吻合，不過，命運又一次和他開玩笑，他比泡利相同的研究成果公布僅僅慢了五天。

後來，命運終于垂青于這位刻苦勤奮的科學家，狄拉克發現了名垂青史的狄拉克方程式，并因此獲得諾貝爾獎。

反物質

我國科學最新進展

物理學家認為，我們周圍環境中的物質是正物質，它由原子組成，原子由帶正電的質子和帶負電的電子以及中性的中子組成。然而，每一種粒子都有一個與之相對的“反粒子”，由帶負電的反質子和帶正電的正電子組成的物質就是反物質。反物質研究在高能物理、宇宙演化等方面屬于理論前沿，同時也具有重要應用價值，比如，正電子斷層掃描成像PET－CT在癌症診斷等方面已在國内廣泛應用。

理論認為，反物質隻要和正物質相遇就會湮滅，因此難以産生和保存，目前科學家很難在宇宙中找到反物質，轉而在實驗室的極端條件下嘗試獲取，這也成為物理學領域的熱點和難點。1932年，由美國物理學家卡爾·安德森通過對宇宙射線的磁場偏轉和轟擊在實驗中證實了電子的反粒子，即正電子的存在。随後，科學家們又發現了負質子和反中子等多種反物質。為了獲得更高質量的正電子源，長期以來，中外科學家們一直在探索“利用激光産生反物質”的有效方法，為了利用激光獲得反物質——超快正電子源，上海光機所經曆了長達15年的持續研究。

強場激光物理國家重點實驗室研究員沈百飛介紹，此次反物質的獲得經曆了一個相對複雜的過程和優化：首先将飛秒拍瓦激光裝置與高壓氣體靶進行相互作用，産生大量高能電子；高能電子再和高原子序數材料靶（如銅、金）相互作用，産生高強度伽馬射線；伽馬射線再和高原子序數原子核作用産生正負電子對。

“正電子譜儀”是獲得反物質的“功臣”。沈百飛表示，經過特殊設計的正電子譜儀，成功解決了伽馬射線帶來的噪聲問題，利用正負電子在磁場中的不同偏轉特性，最終成功觀測到了正電子。

據了解，獲得反物質超快正電子源将對激光驅動正負電子對撞機等具有重要意義。未來，在高能物理、材料無損探測、癌症診斷技術研發領域有應用前景，由于其脈寬隻有飛秒量級，可使探測的時間分辨大大提高，有望獲得更高分辨率的正電子成像，進而研究物質性質的超快演化。

内容綜合自：光明日報03月13日03版《我國科學家成功利用超強超短激光獲得“反物質”》、蝌蚪五線譜

本期編輯：孫嘉靖、蘭亞妮

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