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“镜子里的世界”能找到吗?
2006-08-18 10:16:25  来源:科技日报  【字号

寻找反物质有什么意义?

尽管预想中的反物质是如此的不可捉摸,但人们对反物质仍然充满了憧憬。目前,人们发现和制造的反粒子虽然不多,但已经有了许多实际用途。如在医学领域,医生利用正电子发射X射线层析照相术(PET),不仅能扫描得出病人软组织的详细图像,识别不同的疾病,而且能够观察人们体内的化学过程以及在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。同时,由于正反物质碰撞会产生前所未有的能量,在军事上也有多种潜在用途,有报道称,美国正在进行一项名为“革命性弹药”的研制计划,其主要内容就是“反物质”武器的研制,据称15年后就能制造出“反物质”发动机的原型机来,但成本高达200亿美元。

然而,更令科学家心驰神往的还是利用反物质帮助人类实现星际旅行的梦想。据科学家们测算,将氢和反氢混合,这种燃料的0.01克所产生的推力相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料,而且不存在核燃料的污染。按照人类的火星登陆计划,飞船和宇航员到达火星大约需要180天,但是如果以正电子为燃料,只需四十几天的时间,就能帮助人类登上火星,并且消耗的燃料还不到一块方糖的重量。离我们人类最近、推测存在着类似地球的恒星系阿尔法人马座距我们4.4光年,这个距离是人类历史上飞行最远的深空探测器飞行距离的3000倍,以目前航天飞机的速度飞到阿尔法人马座,需要12万年,而如果采用反物质燃料10年即可到达……

面对亦真亦幻的“镜子里的世界”,关于反物质的种种设想,科学界目前尚有争议。由反物质所组成的宇宙到底存不存在?反物质的存在到底会给人类的生活带来什么?记得曾有人问电的发现者法拉弟:“电有什么用呢?”法拉弟巧妙地反问道:“新生的婴儿有什么用呢?”确实,一项重大科学突破问世时,人们往往是很难估计它的应用前景的,关于反物质探寻的AMS计划也是如此。也许在不久的将来,更多的关于反物质的科学研究会带给人类关于“镜子里的世界”的真实的消息,揭开另一个世界的神秘面纱。

大爆炸理论中、宇宙起源时的温度非常高、物质与反物质的数量应该一样多。关于反物质的种种设想,由反物质所组成的宇宙到底存不存在?科学界目前尚有争议。三月下旬,本报刊登了“东南大学AMS-C实验室联通运行”的新闻,有不少读者来电希望了解更多的相关内容。

相关链接 AMS项目与反物质的探寻

为了探索反物质之谜,科学家把探索的触角伸向了更远的宇宙———空间的战场。上个世纪90年代,在许多国家的科学家们数年共同努力下,由世界著名物理学家、诺贝尔奖金获得者丁肇中先生领导的国际空间站上唯一的大型物理实验,也是人类第一次在太空中精密地测量宇宙中带电粒子和原子核的实验———“AMS”项目启动,其主要目的之一就是寻找反物质组成的宇宙。

“AMS”称为阿尔法磁谱仪,是一种太空高能粒子探测器。在宇宙中有很多的粒子走过,并且会留下不同的轨道,阿尔法磁谱仪能够准确地捕捉到这些轨迹。


阿尔法磁谱仪

1998年6月,由中国科学家参与制造最先进的粒子物理传感仪———第一代阿尔法磁谱仪(AMS—01),由美国“发现者”号航天飞机带入太空飞行10天,对宇宙中是否存在反物质做初步探测。然而,仅仅10天的探测远远不够,为了获取更多、更有效的数据,人们需要更大范围、更长时间的搜寻,于是丁肇中先生及其世界级的合作团队又开始了新的工作———“AMS—02”项目。根据实验计划,AMS探测器二代(AMS—02)将于2008年进入国际空间站,进行长达3—5年的数据采集工作,从而开始对反物质进行更大规模的探测。

为了保证这个仪器能正常地工作,丁肇中先生和东南大学合作,要设计一个和天上一模一样的仪器,以便仪器在空中出现问题时,可以在地面上审查它。并且如果要更改程序,可以先在地面上把程序改好,再送到天上去。这是AMS—02项目中的一个重要核心项目即AMS—C(AMS—China),为此,东南大学和美国的麻省理工学院、意大利INFN、欧洲CERN等合作,在中国建立地面数据处理分析中心,这样的中心在全世界设有3个,其中亚太地区的中心就设在东南大学。

2006年3月,从东南大学传出了喜讯,中心建设的第一步———AMS-C实验室已经投入使用,成功地在地面恢复了AMS-01的正反物质高能粒子探测功能。

【责任编辑:姜润辉】

 
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