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  • 1 # 清明的星空

    物質與它的反物質接觸時,會發生完全的物質與能量的轉換,產生如光子以及伽馬射線等能量形式,這個過程稱之為湮滅。湮滅質能轉換效率理論上可以達到百分之百,對比一下人類目前掌握的一些質能轉換技巧,例如核電站的核裂變產生的能量,其質能轉化率約為0.13%,別小看和不足百分之一的轉換率,其產生的核電或者核武器的威力已經十分驚人了。人類目前還在研究的核聚變其質能轉換率可以達到0.7%,這已經是核聚變的5倍多了,一旦掌握可控核聚變,人類的能源問題就解決了。

    但那些科學家的理想是可以造出足夠的反物質,以正反物質湮滅的方式來獲取能源,這算是利用能源的最高境界了,根據質能轉換公式E=mc^2,1克質量的物質如果全部轉化為能量,放出的能量相當於2500萬度的電能。

    如此高效的能源卻面臨兩大難題,一個是製造,另一個就是如何儲存製造出來的反物質。目前物理學家主要是用大型粒子加速器來製造反物質,特別是位於歐洲的大型強子對撞機LHC(Large Hadron Collider),其中重達5600噸的LHC底夸克探測器(LHCb)更是主要用於研反物質研究。

    但用這樣的方法制造反物質的話,特點就是——量少價高,到目前為止,人類手中的反物質量都不夠讓你衝開一袋康師傅香辣牛肉麵,但以現在的技術,製造一克反氫原子的成本高達62.5萬億美元(約合人民幣420萬億元),隨著技術的改進,未來這個成本可能會降到50億美元(約合人民幣340億元)每克。這也沒辦法,造反物質難,留反物質更難。

    既然反物質不能喝物質接觸,人們自然首先想到了用磁場去約束,那些科學家也是這麼做的,只要是帶電的反物質粒子,像正電子或者反質子,它們都可以透過一種叫做“彭寧陷阱(penning trap)”的裝置儲存起來。

    彭寧陷阱就是一個小型的粒子加速器,用一個強大均勻軸向磁場來限制粒子的徑向運動,而四極電場則限制粒子的軸向運動,這樣,反物質粒子就會沿著這個環形管道不停地做旋轉運動,當然,這套裝置內部是高度真空,以避免反物質粒子碰到裝置的內壁而發生湮滅。   

    但是,彭寧也有一個缺陷,就是無法限制中性的反物質粒子,因為中性粒子沒有電荷,無法用磁場去限制。所以那些愛搞事情的科學家又造出了另外一種陷阱——“約費陷阱”,在其內部可以創造一種沿任意方向磁場都會增大的空間,這樣,中性粒子會被困在約費陷阱中磁場最弱的那一點,這就好像把玻璃球放到碗裡,只能在碗的底部滾來滾去一樣。

    透過這些物理學家的努力,已經成功的把反氫原子的限制性儲存時間從零點幾秒延長到1000秒,比一節NBA比賽的時間都要長,這無疑對更深入的研究反物質粒子提供了更好的條件。

    雖然目前的技術還無法造出大量的反物質並使之發揮作用,然而,一些科學家已經開始進行反物質發動機的模擬研究了。這在之前只能存在於科幻小說或科幻電影中的景象似乎不再是海市蜃樓了,在科幻電影《阿凡達》中,人類為了能夠實現恆星際旅行,建造了一艘長近約1.6千米的太空飛船,這艘飛船使用的就是反物質聚合發動機,這使得飛船的最高航行速度達到了光速的十分之七,約每小時11億公里。也許,在可以預見的未來,這種景象真的可能實現。

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