基本介紹
- 中文名：反西格瑪負超子
- 外文名：無
- 類別：研究課題
- 發現者：王淦昌直接領導的研究組
發現歷史,反物質,粒子加速器,
發現歷史
50年代末，一條轟動全球的新聞從蘇聯杜布納聯合原子核研究所傳出——在這裡工作的中國物理學家王淦昌直接領導的研究組，在100億電子伏質子同步穩相加速器上做實驗時發現了反西格瑪負超子。 反西格瑪負超子的發現，在當時引起了巨大轟動。蘇聯《自然》雜誌指出：“實驗上發現反西格瑪負超子是在微觀世界的圖像上消滅了一個空白點。”世界各國的報紙紛紛刊登丁關於這個發現的詳細報導，“王淦昌”成了新聞導語中的主題詞之一。 關於反西格瑪負超子發現的意義，當時，科學家認為“其科學上的意義僅次於正電子和反質子的發現”。後來，歐洲中心的300億電子伏加速器上發現了另一種反超子——反克賽負超子。於是，在高能物理的歷史上，反西格瑪負超子和反克賽負超子被並列為公認的最早發現的兩個負超子。這兩項發現對證實反粒子的普遍存在提供了有力的證據。 原來，1956年秋，已在世界核物理學界聲名遠揚的王淦昌來到了蘇聯杜布納聯合原子核研究所，任高級研究員，後任副所長。作為一個實驗物理學家，他親自領導並參加一個實驗組的高能實驗物理研究工作。 當時，在尖端的高能基本粒子物理領域有許多重要課題尚待解決，令科學家們絞盡腦汁的一項課題就是：反粒子的存在是否是普遍規律? “物質”是人們熟知的概念，然而，“反物質’’呢?科學家們在長甲的科學研究中，發現微觀世界中一個極為重要的現象，這就是：微觀世界中任何一種粒子都存在著相應的反粒子。反粒子具有與粒子完全相同的靜止質量，相等的荷電量，但其他性質如電荷符號、量子數等則正好相反。當反粒子和粒子碰撞在一起時，就會產生“湮沒”(即二者都消失，全部能量都轉變為其他粒子及動能)。同樣，如果兩個粒子發生高能碰撞，只要能量足夠大，也能產生反粒子。
王淦（gàn）昌
清華大學校慶期間，老校友王淦昌（右）
王淦（gàn）昌清華大學校慶期間，老校友王淦昌（右）反物質
當你照鏡子時，看一看在鏡子中的那個你，如果那個鏡子裡的傢伙真的存在，並出現在你的面前，會怎么樣呢？
科學家們已經考慮過這個問題，他們把鏡子中的那個你叫做“反你”。他們甚至想像很遠的地方有一個和我們現在的世界很象的世界，或者說是我們的世界在鏡子裡的像。它將是一個由反恆星、反房子、反食物等所有的反物質構成的反世界。但是反物質是什麼，這一切又可能是真實的嗎？
1997年4月，美國海軍研究實驗室、西北大學和加州大學伯克利分校等五個著名研究機構的天文學家宣布，他們利用先進的伽馬射線探測衛星發現在銀河繫上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源。它噴射出的反物質在宇宙中形成了一個高達2940光年的"噴泉"。這是宇宙反物質研究領域的一個重大突破。我們現在知道反物質與正物質無法共存，一旦相遇，就會產生湮滅，釋放大量能量可以造成爆炸。
對於“反物質是什麼”這個問題，並沒有惡作劇的意味。反物質正如你所想像的樣子——是一般物質的對立面，而一般物質就是構成宇宙的主要部分。直到最近，宇宙中反物質的存在還被認為是理論上的。在1928年，英國物理學家Paul A.M. Dirac修改了愛因斯坦著名的質能方程（E=mc2）。Dirac說愛因斯坦在質能方程中並沒有考慮“m”——質量——除了正的屬性外還有負屬性。Dirac的方程（E = + 或者 - mc2）允許宇宙中存在反粒子。而且科學家們也已經證明了幾種反粒子的存在。這些反粒子，顧名思義，是一般物質的鏡像。每種反粒子和與它相應的粒子有相同的質量，但是電荷相反。以下是20世紀發現的一些反粒子。
正電子——帶有一個正電荷而不是帶有一個負電荷的電子。由Carl Anderson 在1932年發現，正電子是反物質存在的第一個證據。 反核子——帶有一個負電荷而不是通常帶有一個正電荷的核子。由研究者們在1955年的伯克利質子加速器上產生了一個反質子。
反原子——正電子和反質子組合在一起，由CERN的科學家製造出第一個反質子（CERN是歐洲核子研究中心的簡稱）。共製造了九個反氫原子，每一個的生命只有40納秒。到1998年CERN的研究者把反氫原子的產量增加到了每小時2000個。當反物質和物質相遇的時候，這些等價但是相反的粒子碰撞產生爆炸，放射出純的射線，這些射線以光速穿過爆炸點。這些產生爆炸的粒子被完全消滅，只留下其它亞原子粒子。物質和反物質相遇所產生的爆炸把兩種粒子的質量轉換成能量。科學家們相信這種方法產生的能量比任何其它推進方法產生的能量強的多。 所以，為什麼我們不能建一個物質——反物質反應機呢？建造反物質推進機的困難之處在於宇宙中反物質的缺乏。如果宇宙中存在相等數量的物質和反物質，我們將可能看到圍繞我們的這些反應。既然我們的周圍並不存在反物質，我們也不會看到物質和反物質碰撞所產生的光。
反西格瑪負超子
科學家們已經考慮過這個問題，他們把鏡子中的那個你叫做“反你”。他們甚至想像很遠的地方有一個和我們現在的世界很象的世界，或者說是我們的世界在鏡子裡的像。它將是一個由反恆星、反房子、反食物等所有的反物質構成的反世界。但是反物質是什麼，這一切又可能是真實的嗎？
1997年4月，美國海軍研究實驗室、西北大學和加州大學伯克利分校等五個著名研究機構的天文學家宣布，他們利用先進的伽馬射線探測衛星發現在銀河繫上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源。它噴射出的反物質在宇宙中形成了一個高達2940光年的"噴泉"。這是宇宙反物質研究領域的一個重大突破。我們現在知道反物質與正物質無法共存，一旦相遇，就會產生湮滅，釋放大量能量可以造成爆炸。
對於“反物質是什麼”這個問題，並沒有惡作劇的意味。反物質正如你所想像的樣子——是一般物質的對立面，而一般物質就是構成宇宙的主要部分。直到最近，宇宙中反物質的存在還被認為是理論上的。在1928年，英國物理學家Paul A.M. Dirac修改了愛因斯坦著名的質能方程（E=mc2）。Dirac說愛因斯坦在質能方程中並沒有考慮“m”——質量——除了正的屬性外還有負屬性。Dirac的方程（E = + 或者 - mc2）允許宇宙中存在反粒子。而且科學家們也已經證明了幾種反粒子的存在。這些反粒子，顧名思義，是一般物質的鏡像。每種反粒子和與它相應的粒子有相同的質量，但是電荷相反。以下是20世紀發現的一些反粒子。
正電子——帶有一個正電荷而不是帶有一個負電荷的電子。由Carl Anderson 在1932年發現，正電子是反物質存在的第一個證據。 反核子——帶有一個負電荷而不是通常帶有一個正電荷的核子。由研究者們在1955年的伯克利質子加速器上產生了一個反質子。
反原子——正電子和反質子組合在一起，由CERN的科學家製造出第一個反質子（CERN是歐洲核子研究中心的簡稱）。共製造了九個反氫原子，每一個的生命只有40納秒。到1998年CERN的研究者把反氫原子的產量增加到了每小時2000個。當反物質和物質相遇的時候，這些等價但是相反的粒子碰撞產生爆炸，放射出純的射線，這些射線以光速穿過爆炸點。這些產生爆炸的粒子被完全消滅，只留下其它亞原子粒子。物質和反物質相遇所產生的爆炸把兩種粒子的質量轉換成能量。科學家們相信這種方法產生的能量比任何其它推進方法產生的能量強的多。 所以，為什麼我們不能建一個物質——反物質反應機呢？建造反物質推進機的困難之處在於宇宙中反物質的缺乏。如果宇宙中存在相等數量的物質和反物質，我們將可能看到圍繞我們的這些反應。既然我們的周圍並不存在反物質，我們也不會看到物質和反物質碰撞所產生的光。
反西格瑪負超子粒子加速器
在大爆炸產生時粒子數超過反粒子數是可能的。如上所述，粒子和反粒子的碰撞把兩者都破壞掉了。並且因為開始的時候有更多的粒子存在，所以現在的粒子是所有留下來的那些。今天在我們的宇宙中可能已經沒有留下任何天然的反粒子。但是，在1977年科學家們發現在銀河系中心附近有一個可能的反物質源。如果那個地方真的存在，也意味著存在天然的反物質，所以我們將不再需要製造反物質。 但是目前，我們將不得不創造我們自己的反物質。幸運的是，通過使用高能粒子對撞機（也叫做離子加速器）這種技術製造反物質是可行的。離子加速器，象CERN，是沿很強的環繞的超磁場排列的一些巨大的隧道，超磁場可以使原子以接近光速的速度推進。當原子通過加速器出來時，它轟擊目標，創造出粒子。這些粒子中的一些就是用磁場分離的反粒子。這些高能離子加速器每年只能產生幾個毫微克的反核子。一毫微克是一克的十億分之一。所有一年之內在CERN產生的反核子只夠一個100瓦的電燈泡亮3秒鐘。如果要用反核子進行星際旅行將需要消耗幾噸才能實現
反西格瑪負超子
反西格瑪負超子