一克62.5万亿刀 世界上最昂贵的物质却近在咫尺

　　宇宙初期，天文学家推测宇宙都是夸克等离子体，之后在较低的温度和密度下，宇宙有了更稳定的质子和中子。但直到宇宙进一步冷却，才能够自动产生电子和正电子对。

　　我们生活在一个物质的世界里，这是因为物质的数量超越了反物质。物质与反物质？好奇怪的概念，什么是反物质，反物质与物质之间有什么关系？本文我们将探讨关于反物质的诸多问题，首先我们需要确定一点，那就是反物质确实存在。很多朋友一说到反物质，就好像觉得这是科幻，其实反物质是真实存在的，它就好像是物质世界的“镜像”世界。

　　物理学家们通过实验发现，物质和反物质是在宇宙诞生时等量产生的。当它们相互作用时，物质和反物质粒子会相互摧毁并抵消，如果这样的话，我们的宇宙应该什么都没有，只拥有能量。但是很奇怪的是我们生活在物质的世界，可以看出，物质“战胜”了反物质。为了解释这种不平衡，物理学家们开始寻找物质和反物质粒子行为的不对称性，他们称之为电荷奇偶对称性的抵消行为。

　　几十年来，科学家们已经探测到夸克（原子的组成部分）与其反粒子之间的对称性破坏行为。然而，这种相互摧毁的反应不能解释宇宙中反物质是如何消失的。现在，物理学家们发现另一条道路很有希望解释这个问题，那就是反中微子或反氢原子行为之间的不对称性。

　　少量反物质会以宇宙射线的形式不断地降落在地球上，宇宙射线是来自太空的高能粒子。这些反物质粒子以每平方米不到1个到100个的速度到达我们的大气层，物理学家们还在雷暴上空看到了反物质存在的证据。

　　其实反物质不仅存在，而且它就在我们身边。例如，香蕉就会产生反物质，香蕉大约每75分钟释放一个正电子，相当于一个电子的反物质。香蕉中含有少量钾-40，这是钾的一种天然同位素。当钾-40衰变时，它偶尔会在衰变过程中产生一个正电子。我们的身体也含有钾-40，这意味着正电子也会从你的身上散发出来。反物质一旦与物质接触就会立即消失，这些反物质粒子的寿命非常短。

　　如何制造和保存反物质？

　　刚才我们说到，现代科学家观测到的反物质粒子主要是反中微子和反氢原子，中微子是一种非常轻的基本粒子，它是组成物质的基本粒子之一。这些中微子可以穿过任何物质，很难被发现，很难精确研究。现在科学家们发现有三种类型的中微子存在，分别是电子中微子、μ介子中微子和τ中微子。为了研究这些难以捉摸的中微子，科学家们进行了实验，使用的是μ介子中微子和μ介子反中微子的交替激光光束，这两种交换中微子是由J-PARC研究中心的粒子加速器制造的。

　　J-PARC发射的中微子或反中微子束的一小部分被探测到了，物理学家们使用的是超级神冈中微子探测器中50000吨纯水的拦截光模式，该探测器是在1000米深的一个废弃矿井中重建的。中微子虽然能穿透一切，但是它们的穿透行为还需要时间。所以在中微子穿透的过程中，科学家们发现一些μ子中微子和反中微子的振荡过程呈现出了另一种物质形态，成为了电子中微子。

　　所以根据实验，中微子和相关的反中微子极有可能有不同的行为，这为解释物质和反物质之间的不对称性提供了一个方向，这些观测也可以解释宇宙中神秘的反物质是如何消失的。

　　对于物理学家来说，哪怕是一点点反物质也是宝贵的礼物。通过将物质与其对应反物质进行比较，他们可以测试粒子物理学标准理论模型的基本对称性，并寻找未来新物理学的方向。不过，这个礼物确实太难包装，相比于制造反物质，更难的是如何保存。

　　前些时候欧洲粒子物理实验室的物理学家们成功地将单个反氢原子限制在了一个磁阱中，整个过程持续了170毫秒，物理学家们在这之后又重复保存了38次。虽然只有170毫秒，但是物理学家们还是欣喜若狂，因为五年的努力，就是为了这170毫秒的“包装”。

　　之后物理学家们设法将正电子的38个反质子送入对撞轨道，从而产生了反氢原子，这些反氢原子在磁阱中保持了十分之三秒。现在，物理学家们已经可以使用改良后的装置让反氢原子保持16分钟。16分钟的时间就可以使反氢原子有足够的时间稳定到其基态，这是粒子或原子可以达到的最稳定状态。

　　世界上最贵的物质——难以大规模应用

　　让反物质长时间保存和大规模生产反物质是其应用的最大难题，目前，反物质是地球上最昂贵的物质，每克的价格大约有62.5万亿美元。物理学家们估计，改进捕获反物质的设备会使反物质的价格降到每微克5000美元左右（1微克等于0.000001克）。所以物理学家们正在加大反物质粒子的产量，比如最近物理学家改进了费米实验室中的注入器，使产量增加了10倍，从每年1.5纳克增加到了15纳克（1纳克等于0.000000001克）。有趣的是，人类制造的所有的反物质所带来的能量都不够煮一杯茶……

　　现在，由于反物质的保存方式和生产方式非常复杂，成本极高，所以大多数反物质实验还停留在实验室阶段。不过，就目前来说，反物质是我们了解宇宙中基础粒子和宇宙演变方式的一把钥匙，它可以帮助我们揭开宇宙早期甚至是大爆炸瞬间的粒子状态，丰富多重物理学模型。而在未来，反物质与物质的电荷奇偶对称性也会有很大的利用价值，反物质本身也正在被大家熟知。