《自然》：最新研究证实存在物质

发布时间：2007-09-14 07:50 原文链接：《自然》：最新研究证实存在物质—反物质分子

美国科学家的一项最新研究，找到了物质和反物质结合的确凿证据。在9月13日《自然》杂志发表的一篇论文中，加州大学河畔分校的David Cassidy和Allen Mills表示，他们发现了两个电子偶素（positronium，简写为Ps）可以相互结合，形成分子电子偶素Ps2（molecular positronium）的确凿证据。

所谓电子偶素，其实就是一对正电子（positron，电子的反物质形态）和电子形成的原子。由于正电子和电子的电荷差异，它们很容易发生吸引，相互结合。从理论上而言，电子偶素原子（即电子—正电子对）之间也能够相互配对，形成Ps2分子，这就好比两个氢原子形成H2。由于正电子的质量只有质子的1/1836，因此电子偶素分子的质量也比H2分子要轻得多。

然而，Ps2有着不同寻常的一面。加州大学圣地亚哥分校的物理学家Clifford Surko表示，与普通原子可明确描述的结合不同，这四个粒子好像“在围绕彼此跳着欢快的舞蹈”。

Ps2分子难以被发现的一个重要原因是物质和反物质在极短的时间内结合并发生湮灭，以伽马射线的形式释放出能量。在实验室中，Ps原子在自我毁灭之前的存活时间仅有不到百万分之一秒。

不过，Cassidy和Mills发现，只要他们能捕获足够的Ps原子，其中的一些就可以在消失之前发生结合。利用Surko开发的一种技术，研究人员制造出了一束正电子流，并将它射入多孔的石英薄膜中，试图让正电子与电子结合，并制造出Ps2。研究人员估计，两个Ps结合形成分子的几率约为十分之一。（参见相关阅读2）

科学家的进一步研究验证了两个事实。Ps2中电子—正电子的湮没速度比单独的Ps原子更快，这是由于结合成分子后，电子和正电子碰撞几率更大。此外，在温度较低时Ps混合原子结合成分子的比率更大，因为低温让分子更加稳定，而随之释放出的伽马射线也更加强烈。

新的研究将为解答一些最复杂的物理学基本问题带来希望，比如为什么宇宙中物质比反物质多得多（宇称不守恒）。而Mills等人也已经确立了一个实际目标，即制造大量的Ps2分子，利用湮灭释放的高能伽马射线来创造激光。