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接觸到物理容器便會湮滅的反物質將如何運送?
反物質難以儲存和進行研究是出了名的,因為一旦反物質與正常物質發生接觸,就會在能量爆炸中消失。歐洲核子研究中心(CERN)的實驗室是世界上唯一可以輕鬆製備反物質的地方,但要把反物質交到希望對它們進行研究的科學家手上,那就是另一回事了。畢竟,這樣一種只要接觸到物理容器便會湮滅的東西要如何運送呢?
現在,歐洲核子研究中心的科學家正打算捕獲反物質,並透過貨車把它們從一處設施運送到另一處設施。
歐洲核子研究中心的科學家正準備把反物質運送到新的位置,把這種奇怪的物質用於新的實驗
基本上,反物質可以說是正常物質的“邪惡”孿生兄弟。反物質粒子幾乎在各個方面都跟對應的正常粒子一模一樣,只不過它們攜帶的電荷跟正常粒子是相反的,這導致兩者發生接觸時會同歸於盡。要在自然世界中找到反物質,我們可能要把目光投向中子星以及來自黑洞的等離子體射流;另外,地球大氣層中的閃電現象似乎也會產生反物質。
研究反物質可以幫助我們解開宇宙中一些最深奧的奧秘,但毫無疑問,宇宙不會輕易向我們揭示答案。正電子(也叫反電子)是科學家最先在實驗中觀測到的反物質粒子,時間可追溯至上世紀30年代。跟正常物質一樣,這些反物質粒子會聚集在一起形成反物質原子。
1995年,歐洲核子研究中心的科學家第一次生成了反氫原子。但直到2010年,科學家才成功將它們捕獲,並進行了適當的研究——雖然整個過程遠遠不到一秒鐘。2011年,科學家成功捕獲反氫原子長達16分鐘,這讓他們最終測量了這種反物質原子的光譜,並跟氫原子進行了對比。
如今,歐洲核子研究中心已經可以在粒子減速器中輕鬆製備反質子,並放慢它們的速度,以便用專門設計的裝置捕獲它們。但要真正充分利用它們,現在是時候讓不穩定的反物質離開“巢穴”並將其送到其他研究領域的科學家手上了。
歐洲核子研究中心的“反質子不穩定物質湮滅”(PUMA)專案的目標是:為首次把反物質運送到另一處研究設施做好準備。計劃中的第一個目的地距離並不遙遠——只有幾百米——但即使這樣短的路程也需要長達數年的研究和開發。
這張圖表展示了PUMA團隊的反質子捕獲裝置以及ISOLDE團隊將如何研究它們
PUMA團隊正在設計一種新的捕獲裝置,它可以把反質子鎖在一個“瓶子”中,並利用強大的磁場和電場使它們懸浮於中心位置。這些反質子將被儲存在類似於星系空間的真空中,其溫度略高於絕對零度。在理想情況下,捕獲裝置將能同時儲存10億個反質子(這個數量要比現有技術多出100多倍),並儲存數週之久。
然後,科學家將把捕獲裝置裝載到一輛貨車上,並駛往附近一個屬於ISOLDE專案團隊的研究設施——該團隊計劃利用反物質跟罕見的放射性同位素進行實驗,以期最終理解中子星。
“用一輛貨車運送反物質,這簡直是科幻小說裡的情節,”該專案團隊的理論核物理學家查爾斯·霍洛維茨(Charles Horowitz)說,“這是一個了不起的想法。”
不過,反物質不會很快就上路。專案團隊表示,開發和測試將需要4年左右的時間。如果他們最終按計劃完成了運送,這項技術將能把反物質送到更遠的地方,讓世界各地的其他科學家也能用上這一寶貴的研究工具。
“一旦他們展示可以儲存10億個反質子,並儲存數週時間,那麼更多的實驗就會開展,擁有新想法的人就會前來,”歐洲核子研究中心的反物質物理學家克洛伊·馬爾布魯諾特( Chloé Malbrunot)說,“我認為這將真正開啟這個領域。”
翻譯:何無魚
校對:其奇
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反物質的科學研究沒有實質性突破,目前來看,形而上回答這個問題還是可以的,正所謂一陰一陽之謂道,此消彼長不停對立轉化中,如果有一天反物質能浮出水面,那現在的核電就不會再為處理核廢料而發愁了。