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什么是反物质?当物质与反物质彼此磕碰,将发生怎样的火花

admin 2019-10-29 306人围观 ,发现0个评论

奥秘莫测的反物质

反物质这个词,信任咱们应该都不生疏,尽管它听起来和国际相同深邃莫测,可是,就算它再奥秘,也仍是被科学家们窥视到了冰山一角。现在,请读者们随我一同,追随着祖先的脚步,揭开反物质的奥秘面纱。

在1929年,英国闻名物理学家保罗狄拉克提出了一个闻名的方程–狄拉克方程。要阐明这个方程,就不得不说到另一个方程–薛定谔方程。在量子力学范畴,它用来描绘粒子方位在某个方位的概率。可是,薛定谔方程是为了满意量子力学而提出的,对错相对论的,这就遭到了他人的质疑。他们说“你看量子的物体,例如电子,运动速度十分快,接近于光速,你用非相对论方式不合适啊,应该把它改成相对论方式才对啊”。那么是谁完成了这项作业呢?答案便是狄拉克,他将薛定谔方程进行了相对论化,建立了狄拉克方程。

狄拉克方程

狄拉克方程刚面世的时分遍及被科学家们看好。但没过多久,人们便发现这个方程有一个十分令人费解的问题,便是当你依据这个方程求解时,会发现电子的能级存在负能级。其时人们的遍及知道是,电子只能处于n=1的基态,到n=3的第二激发态,假如说电子存在n=-1的负能级的话,你怎样证明呢?为了解说这个问题,狄拉克提出了一种观念。他说,负能级确实是存在的,观测不到是由于在负能级上面,有电子将其填满。依据泡利不相容原理,每一个能级上或许存在一对电子,负能级十分多,电子也十分多,所以狄拉克就将其命名为狄拉克海,并指出狄拉克海便是咱们所说的真空。

依照狄拉克的说法,狄拉克海(真空)由负能级和电子组成,电子带负电,而真空不带电,那么负能级就天经地义的带正电。这时假如咱们入射一段电磁波,负能级的电子就有或许吸收能量跑到高能级去,这样真空中就只剩下负能级,并且它还带正电,那这个东西终究是什么?狄拉克起先以为它什么是反物质?当物质与反物质彼此磕碰,将发生怎样的火花是质子,可是遭到了其他科学家否定。假如它是质子,那么负能级的质量应该等于电子的质量,而科学家们通过核算,发现二者质量不相等。在1931年,狄拉克承认了负能级不是质子,并给负能级取了另一个姓名–反电子。

电子

在真空环境下,咱们加上电磁波,也便是能量,就能够变成电子和反电子;那咱们反过来想,假设有一个负能级上没有电子,高能级的电子也能够跃迁回负能级,并宣布电磁波(能量)。也便是说,真空+能量电子+反电子,这个进程是可逆的,电子和反电子结合,能够开释出能量,这个进程叫做正负电子的湮灭。最重要的一点,正负电子湮灭所开释的能量的功率是100%!

其实,最早想象反物质的并不是狄拉克。早在1898年,就有一名叫舒斯特的科学家,他给《Nature》了一封信,里边就说到了“反物质国际”这一假说,然后才是狄拉克发现反电子。但还什么是反物质?当物质与反物质彼此磕碰,将发生怎样的火花有一位科学家,他在不知道狄拉克理论的前提下,于1932年单独发现了正电子,这个人便是美国科学家安德森,那么他又是怎样发现正电子的呢?(反电子其实便是正电子,只不过命名的人不同)

在其时,科学家们勘探粒子首要运用的东西是威尔逊云室,便是在一个容器里有过饱满蒸汽,此刻射入粒子,在粒子运动轨道上就会呈现液化的小液滴,假如再加上磁场的话,粒子就会发作偏转,就能够判别粒子的电性。安德森就用这个办法去调查一些国际射线,他发现有一些国际射线在磁场中会向右偏转,依据磁场相互作用,安德森判别它带正电,他的老师说这是质子。但安德森不信任,由于质子能量比较大,通过云室构成的轨道比较粗,液化什么是反物质?当物质与反物质彼此磕碰,将发生怎样的火花小液滴也比较多;可是他所调查到的轨道对错常细的,所以安德森置疑它是电子,但电子怎样能带正电呢?

威尔逊云室示意图

安德森想,或许这什么是反物质?当物质与反物质彼此磕碰,将发生怎样的火花束粒子不是从上往下走的,而是从下往上走,这样它的运动轨道偏转相同,带负电也就入情入理。为了验证这一主意,他拿一块铅板放在磁场中心,粒子穿过铅板后速度会变小,在磁场中的回旋什么是反物质?当物质与反物质彼此磕碰,将发生怎样的火花半径就会增大。经试验,他发现铅板下半部分的粒子轨道呈现大幅度偏转,证盘子女人坊明了这束粒子确实是从上往下运动的,并且它是带正电的电子,安德森将其取名为正电子,他也因而获得了诺贝尔奖。

安德森云室试验 粒子穿过铅板轨道

已然电子有反粒子,其他粒子有没有呢,答案是必定有的。1955年,意大利物理学家塞格雷,美国物理学家张伯伦发现了反质子;1956年美国物理学家考克发现反中子。那么现在,反电子、反质子、反中子都有了,理论上它们就能组成反物质,但这却隔了很长时刻,直到1995年,在欧洲核子中心CERN,瓦尔特领导他的团队成功制作了反氢原子,花费了很多财力物力。有人估算过,制作1克反物质大约需求上万亿美元,那1克反物质与正物质进行湮灭的时分能产多大能量呢?依据E=MC,能够算出1克反物质大约相当于4.3万吨TNT炸药爆破的能量。和反物质比起来,核能底子何足挂齿。

文/科学坊

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