关于反物质，你可能不知道的四件事

我是斜杠青年，一个热爱自然科学的“杂食性”学者！

它就在你身边，它是你的一部分，科学家仍在努力弄清楚它。

对质：这与我们习惯的事情相反；它神秘地难以捉摸；当它离普通物质太近时，两人在接触时就会湮灭。

但非凡的事情还有更多，包括这四个引人入胜的事实。

来源：芝加哥沙盒工作室与金伯利·布斯特德的插图

所有原子都含有反物质

你学到的前三个亚原子粒子可能是质子、中子和电子。这些粒子构成了形成我们身体和周围世界的原子。

在基团中，只有电子是基本电子，这意味着它不是由任何较小的成分组成的。另一方面，质子和中子都由称为夸克和胶子的基本粒子组成。

质子和中子通常被描述为由三个夸克组成。但现实比这更混乱。质子和中子包含整个夸克、反夸克和胶子海洋。在质子或中子内部，粒子和反粒子不断碰撞和湮灭。

西班牙国家研究委员会研究员、一本关于反物质的书的作者Beatriz Gato-Rivera说，质子和中子被描述为只由三个夸克组成，因为在这个出现和消失的粒子的漩涡中，三个夸克仍然没有对质物质对应物。质子的反物质版本——反质子——包含三个未配对的反夸克。

反物质遍布你周围，在你的每个原子里面，以及你周围所有东西的原子。

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反物质最初是通过数学预测的

1928年，英国物理学家保罗·狄拉克面临着一个谜题。为了描述电子的行为，他提出了一个结合爱因斯坦狭义相对论和量子力学的理论。但为了让他的数学方程发挥作用，他需要一个至少在当时还不知道存在的粒子。新粒子需要与电子具有相同的质量，但电荷相反。

三年后，他终于提出了这种粒子的存在，他称之为“反电子”。

同年，加州理工学院的美国物理学家卡尔·安德森正在拍摄宇宙射线穿过被称为云室的粒子探测器留下的奇怪粒子轨迹的照片。1932年，安德森证实，这些轨迹来自狄拉克预测的粒子，这些粒子是宇宙射线与地球大气层碰撞时产生的。安德森称这些粒子为“正电子”。这是对反物质的首次确认观察。

不平衡的数学方程也导致了对其他粒子的预测。在20世纪初，原子的质量和稳定性不能仅用它们的质子和电子来解释。欧内斯特·卢瑟福提出，另一个中性粒子必须增加它们的重量——中子。1930年，科学家需要一些东西来解释为什么在放射性衰变期间以β粒子形式发射能量的原子核不会直接向后退，而是以一定角度后退。Wolfgang Pauli提出，衰变必须同时发射另一个看不见的粒子——一个后来被称为中微子的粒子。

科学家目前正在寻找其他粒子，包括轴子、超对称粒子和暗物质粒子，这可以解释粒子物理学和宇宙学中许多长期存在的谜题。

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科学家可以制造部分由反物质制成的混合原子

通过减缓粒子减速器中的反质子，然后将其与低温氦结合，科学家可以产生一个称为反质子氦的亚稳态杂交原子。

像这样的杂交原子被称为“异国情调”原子。一般来说，一个外来原子有一个组成粒子被交换为另一个具有相同电荷的粒子。在某些情况下，新粒子是一种反物质形式。在反质子氦中，氦原子的电子被反质子取代。其他例子包括μ子（含有反μ子和电子）和正电子（包含电子和正电子）。

外来原子用于研究物质和反物质之间的相互作用。原子内粒子和反粒子之间的短尺度相互作用使研究人员能够研究可能无法以其他方式研究的现象。

苏黎世联邦理工学院粒子物理学家Anna Soter表示：“这些短期相互作用是寻找新物理学的重要工具。”

科学家正在探测外来原子，以寻找反质子和电子之间异常“第五力”的迹象。科学家还使用奇异的原子来收集对粒子性质的非常精确的测量。这使他们能够在标准模型中测试对称性，例如预测粒子及其反粒子的质量和电荷应该完全相同（尽管符号相反）。

“到目前为止，亚稳态抗原生氦原子是科学家能够使用激光光谱学研究的最大反物质外来原子。”“但更简单的系统，如μ子和正电子，也令人兴奋地研究。在没有强相互作用的情况下，这些原子仅由基本粒子组成。”

除了创造混合粒子外，科学家还可以创造抗原子。例如，通过结合抗质子和正电子，欧洲核子研究组织的科学家正在生产抗氢。

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科学家在我们的银河系中发现的反物质比他们目前无法解释的要多

20世纪70年代，欧洲航天局的INTEGRAL任务在银河系中心检测到伽马射线信号。该信号的亮度和分布表明，我们银河系核心中相当于9万亿公斤的正电子（即1043个正电子）每秒被消灭——比科学家预期的要多得多。

所有这些正电子来自哪里是一个悬而未决的问题。一些候选者包括银河系中心的超大质量黑洞、附近的其他大质量黑洞、被称为脉冲星的快速旋转的中子星，以及暗物质粒子之间的湮灭。

几项实验旨在找到我们银河系中心的伽马射线的来源。例如，康普顿光谱仪和成像仪（COSI）是一种伽马射线望远镜，它将成像我们星系的核心，以探测这些正电子的来源。其他努力，如拟议的全天空中能伽马射线天文台（AMEGO），也旨在揭示这个谜团。

最近，科学家检测到第二次多余的正电子，这个能量要高得多。2008年，俄罗斯卫星上的宇宙射线探测器PAMELA发现，经过地球的反物质粒子比科学家最初预测的要多。其他实验，如2011年安装在国际空间站上的AMS-02，证实了PAMELA合作的发现。

这些额外的正电子从何而来？已经提出了几个假设。根据斯德哥尔摩大学天文学家蒂姆·林登的说法，最强的竞争者可能是脉冲星。

科学家一直在研究脉冲星的伽马射线，以计算恒星释放了多少正电子。目前，“科学家得到的数字与脉冲星将产生我们看到的多余正电子的模型非常匹配。”

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