■第二看台

    研究反物质需要粒子减速器

    为了解开反物质之谜，科学家们需要在实验室中制造反物质，进而才能研究反物质。

    目前在实验室中制造正电子、负质子等反基本粒子已经不难，而将正电子与负质子组成反原子却十分困难，因为将这两种粒子结合在一起并且能证实它们结合成反原子的工作十分复杂，而这种工作，只能依靠反质子减速器才能完成。

    欧洲粒子物理研究所耗资1000多万美元专门建造了被称为反质子减速器的装置，它是一个环形存储盒，周长188米。

    在诸如大型强子对撞机那样的环形粒子加速器中，粒子每旋转一周就会获得能量。反质子减速器则相反，反质子越转越慢，减速器可以利用磁场将高能反质子减速成速度约为光速十分之一的反质子。科学家希望利用减速器产生的反质子进行实验，比如用磁场对反质子进行约束，或将反质子与正电子结合成为反氢原子。

    反物质用陷阱储存

    制造出反物质，要如何储存它，防止它湮灭呢？现在科学家们已经发明了存储它的方法。

    带电的反物质粒子，比如正电子或者反质子，它们全都可以被一种叫做“彭宁陷阱”的装置存储起来。

    彭宁陷阱犹如一种微型的粒子加速器，在其内部，反物质粒子沿环形管道不停地做旋转运动，同时磁场和电场将它们囚禁在真空中，使之免于碰到装置的“墙壁”而湮灭。

    但是，彭宁陷阱无法囚禁中性反物质粒子，比如反氢原子，因为反氢原子没有电荷，无法被电场限制起来，因此彭宁陷阱无法发挥作用。

    不过科学家们找到了另外一种陷阱——“约费陷阱”，它可以创造一种沿任意方向磁场都会增大的空间。粒子会被困在约费陷阱中磁场最弱的那一点，就好像珠子只能在碗的底部滚来滚去一样。

    反物质已经有所应用

    反物质虽然听起来很神秘，但实际上，它已经在某些领域得到应用了。

    比如，正电子发射断层显像术（PET）正是使用正电子产生人体高分辨率的图像。一些人体中新陈代谢必需的物质，比如葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸，可以给它们标记上能够释放正电子的放射性同位素（比如香蕉中的钾-40），注入人体。在人体内的不同组织中，这些放射性元素释放的正电子和电子湮灭，可以产生用于构造图像的伽马射线。一些高代谢的恶性肿瘤组织中，葡萄糖代谢旺盛，因此正电子聚集会较多，这些组织的特点就能够更详尽地通过图像反映出来。

    欧洲粒子物理研究所的科学家们正在将反物质视作治疗癌症的潜在手段，他们已经进行了多次反质子治疗癌细胞实验。由于物质和反物质粒子碰到一起的时候，就会湮灭，释放能量。反质子癌细胞治疗实验就可以利用这一性质，使入射的反质子和肿瘤细胞中原子内的一部分质子发生湮灭，而湮灭后释放出来的能量产生的新粒子可以接着破坏邻近的肿瘤细胞。由于反质子在杀死目标区域的癌细胞的同时较少影响健康组织，这种粒子束将在治疗复发癌症方面具有很高的价值。

    反物质可能会往上“掉”

    反物质粒子和物质粒子拥有相同的质量和截然相反的电荷自旋属性。按照标准模型的预言，重力对于物质和反物质的影响应该是相同的，然而，实际情况是否如此还有待观察。

    一些科学家就提出了不同的观点：反物质可能会抵制引力，换句话说，它们可能会往上“落”。

    观察重力对反物质的影响并不像看到一颗苹果从树上落下那般容易。这些实验需要把反物质控制在陷阱中，还要通过降温（温度降至略高于绝对零度）来使反物质的速度慢下来。

    由于重力是最微弱的基本力，在实验中物理学家们必须使用中性的反物质粒子，以防止更强大的电场力的干扰。

    所以，要弄清楚一颗“反物质苹果”会落下来还是“掉”上去，科学家们还有很长的一段路要走。

    （据《大科技》杂志）