反氢 反氢-概况,反氢-介绍

反氢(Antihydrogen)是对应元素氢的反物质,每颗氢原子是由一颗正质子及负电子组成,而反氢则是由一颗反(负)质子及正电子组成,其化学符号多以“H”上加一横条表示"。

反氢 反氢-概况,反氢-介绍

反氢原子_反氢 -概况

反氢(Antihydrogen)是对应元素氢的反物质,每颗氢原子是由一颗正质子及负电子组成,而反氢则是由一颗反(负)质子及正电子组成,其化学符号多以“H”上加一横条表示"。


反(负)质子-内部结构模型图
正电子(下半图)-内部结构模型图

反氢原子_反氢 -介绍


根据粒子物理学中的CPT定律,反氢的不少特性均与氢相同,包括质量、磁矩及在量子状态中的过渡频率(即把激光或微波光束射在反氢原子上,会发出与氢相同颜色的光)。由于反物质的质量不会呈负数,因此在万有引力方面,反氢也应与正氢相同。

当反氢原子与正物质接触,它们会很快湮灭并化为伽马射线及高能量π介子,这些π介子又很快会衰变为μ子、中微子、正电子及负电子,并很快会消失。如果反氢原子处于真空环境,又不与正物质碰撞,它们理应永远存在,不会湮灭消失。

自然界的环境不会出现反氢,因此需靠人们以粒子加速器来制造。1995年,欧洲核子研究委员会(CERN)成功在瑞士日内瓦的研究所中,以射击反质子来制造反氢原子,而这些反质子是在粒子加速器中的氙原子团中产生的。当一粒反质子接近氙原子核时,会产生正负电子各一粒,正电子给反质子抓获时,便会产生反氢原子。由于每粒反质子能变为反氢原子的机会率约为10的-19次方,因此以这个方法去大量生产反氢原子,成本定会极为昂费。

近年,ATRAP及ATHENA两个计划正于CERN共同进行研究,他们把从放射性金属钠中产生的正电子与困在Penning陷阱中的反质子融合为反氢原子,每秒钟可生产100颗,这个方法于2002年首度试验,至2004年共生产了数十万颗。

这些反氢原子由于温度极高,约为摄氏数千度,因此撞向实验器皿时湮灭的机会也极高。而下一个目标是要制造低温的反氢,并处于接近绝对零度的水平,使之可由磁场来密封。然后可以激光来准确量度其过渡频率,如果其结果与正氢不同,纵使其差距小,也能证明它们的特性不完全相同,并能帮助解释为何宇宙的物质以正物质为主,而非反物质。

既然人们可制造反氢,那反氘、反氚、反氦等反原子理应也可以造到,只是其难度更高,至今人们仅做到反氘的原子核,更重的反原子需要更高的速度来合成,这些研究需要多年时间去进行。

  

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