反物質和正物質的質量和電荷數是一樣的，但電荷的符號不一樣，是相反的。通常，原子核帶正電，電子帶負電。反物質則是正常物質的鏡像，它們(men) 擁有帶正電荷的電子和帶負電荷的原子核。

　　李祖豪 中國科學院高能物理研究所研究員

　　多年來，科學家渴望能夠在宇宙中找到反物質的蛛絲(si) 馬跡。近日，據媒體(ti) 報道，根據國際空間站上攜帶的阿爾法磁譜儀(yi) 粒子探測器收集到的數據，科學家推測宇宙中的反物質可能比我們(men) 認為(wei) 的要更多。此前，就有一些科學家認為(wei) ，反物質可能以反物質恒星的形式存在於(yu) 宇宙之中。

　　什麽(me) 是反物質？反物質和物質是彼此的鏡像嗎？反物質恒星真的存在嗎？帶著這些問題，記者采訪了相關(guan) 專(zhuan) 家。

　　反物質從(cong) 科幻走向現實

　　科學作家戈登·弗雷澤在《反物質：世界的終極鏡像》一書(shu) 中寫(xie) 道：“反物質對星際迷航中‘企業(ye) 號’的運行是決(jue) 定性的，要是沒有反物質，就沒有星際迷航。”此言不虛，在電影《星際迷航》中，反物質是星際旅行的基礎，“企業(ye) 號”飛船正是以正反物質湮滅產(chan) 生的強大能量作為(wei) 推力，實現超光速飛行。

　　而在小說家丹·布朗的小說《天使與(yu) 魔鬼》中，歐洲核子研究中心(CERN)的科學家在實驗室中製造出了反物質，僅(jin) 需0.25克的反物質就足以在頃刻間毀掉梵蒂岡(gang) 。

　　反物質不僅(jin) 存在於(yu) 電影情節和文學創作中，還是科學研究的重要方向之一。中國科學院高能物理研究所研究員李祖豪認為(wei) ，要認識反物質，便繞不開這幾個(ge) 名字：

　　1928年，“反物質之父”保羅·狄拉克寫(xie) 下了一個(ge) 用來描述電子的方程，這個(ge) 方程也就是後來大名鼎鼎的“狄拉克方程”，它使年僅(jin) 26歲的狄拉克在科學界一舉(ju) 成名。狄拉克方程在理論上預言了反物質的存在——一個(ge) 電子必須有一個(ge) 等量但帶著相反電荷的對應粒子。狄拉克將這些新粒子稱為(wei) “反粒子”。

　　1929—1930年，我國物理學家趙忠堯在實驗中觀測到了“反電子”存在的痕跡，其論文為(wei) 研究“正—負”電子對的產(chan) 生提供了證據，在反物質的研究中，留下了中國科學家的“足跡”。

　　讓反粒子從(cong) 理論走進現實的是美國物理學家安德森。1932年，安德森宣布在宇宙線中發現了“反電子”，證實了反粒子的存在。1936年，年僅(jin) 31歲的安德森憑借這一發現和科學家赫斯分享了諾貝爾物理學獎。

　　1955年，張伯倫(lun) 和塞格雷等科學家利用高能質子同步穩相加速器成功“捕捉”到了反質子，二人在1959年分享了諾貝爾物理學獎。隨後，科學家們(men) 陸續製造出了反中子和反氘核等反粒子。

　　1995年，歐洲核子研究中心的物理學家奧爾勒特帶領團隊進行了第三次製造反物質原子的實驗，在為(wei) 期3周的反質子與(yu) 氙原子的碰撞實驗中，一共產(chan) 生了9個(ge) 反氫原子，其平均存活時間為(wei) 一億(yi) 分之四秒，以接近光速行駛了十幾米，然後就與(yu) 正物質發生湮滅。這意味著，在實驗室成功製造出了第一批反物質原子——反氫原子。

　　實驗室成功製造出了反物質。那麽(me) ，宇宙中的反物質棲身何處呢？

　　1997年，美國天文學家宣布，他們(men) 利用康普頓伽馬射線天文台，發現在銀河係上方約3500光年處有一個(ge) 不斷噴射反物質的反物質源(銀心反物質噴泉)。後來的研究顯示，銀河係中心確有大量不明來源的反物質，但並非以“噴泉”的形式存在。

　　2011年，阿爾法磁譜儀(yi) 粒子探測器升空。目前科學家已通過這一設備觀測到反氦四候選事例。“反氦四是反氦原子核，被認為(wei) 不太可能由宇宙線碰撞產(chan) 生。”李祖豪解釋道，“所以，如果能證實宇宙線中存在反氦四原子核，將是反物質天體(ti) 存在的有力證據。”

　　正反物質本為(wei) “一母同胞”

　　反物質的存在被確定了，但新的問題又出現了——反物質究竟長什麽(me) 樣？與(yu) 正物質相比，它有何不同？反物質來自何方，又去往何處？

　　通俗地說，反物質世界是我們(men) 現存世界的鏡像，其構成元素、外觀甚至光譜結構看上去都與(yu) 正物質世界別無二致，僅(jin) 僅(jin) 在某些物理特性上有差異。

　　“反物質和正物質的質量和電荷數是一樣的，但電荷的符號不一樣，是相反的。”李祖豪表示，“通常，原子核帶正電，電子帶負電。反物質則是正常物質的鏡像，它們(men) 擁有帶正電荷的電子和帶負電荷的原子核。”

　　歐洲核子研究中心的一項研究顯示，氫原子和反氫原子的光譜結構看起來是一樣的。歐洲核子研究中心還表示，到目前為(wei) 止，反物質看起來就像我們(men) 所知的普通物質。

　　據李祖豪介紹，科學界普遍認為(wei) ，宇宙大爆炸早期曾產(chan) 生了數量相當的正物質和反物質，可以說二者“一母同胞”。但如今在地球附近幾乎看不到天然存在的反物質，這被稱為(wei) “反物質缺失之謎”。

　　理論上，宇宙大爆炸時所產(chan) 生的粒子與(yu) 反粒子數量應當相同，但為(wei) 什麽(me) 現今我們(men) 所看到的都是正粒子？反粒子去哪兒(er) 了？

　　李祖豪介紹道：“目前有兩(liang) 種假設：一種認為(wei) ，由於(yu) 大爆炸產(chan) 生的正反物質在宇宙演化中的性質不同，反物質逐漸消失，隻剩下正物質，不過目前的實驗結果並不支持這一結論；另一種認為(wei) ，大爆炸產(chan) 生的物質和反物質分別處在宇宙的不同區域。”

　　換句話說，反物質要麽(me) “不辭而別”，要麽(me) 隱入宇宙深處。

　　隻能等待反物質“自投羅網”

　　“反物質缺失之謎”長久困擾著科學家，關(guan) 於(yu) 反物質的假設也層出不窮。其中一個(ge) 假設認為(wei) ，反物質可能以反物質恒星的形式存在於(yu) 宇宙之中。這個(ge) 假設意味著，如果反物質恒星存在的話，反物質就有可能構成“宇宙的另一半”。

　　為(wei) 了驗證這個(ge) 假設，我們(men) 該如何尋找反物質恒星？

　　李祖豪表示，嚴(yan) 格來說，現有的研究無法尋找反物質恒星。當前國際範圍內(nei) 唯一在太空探測反物質的磁譜儀(yi) ——阿爾法磁譜儀(yi) 已在國際空間站工作了10餘(yu) 年，它的主要任務是尋找反物質和暗物質，精確測量宇宙線的成分和能譜以研究宇宙線起源。然而，阿爾法磁譜儀(yi) 被固定在國際空間站上。因此，嚴(yan) 格來說，在現有的研究條件下，我們(men) 隻能等待反物質進入磁譜儀(yi) 的探測範圍，而無法主動尋找反物質及反物質恒星。

　　目前主要有兩(liang) 種探測宇宙中反物質粒子的手段，一種是通過磁譜儀(yi) 直接探測反物質，另一種則是通過高能探測器探測正物質和反物質湮滅產(chan) 生的高能光子判斷反物質的存在。探測及驗證反物質恒星存在的困難在於(yu) ，判斷反物質乃至反物質恒星存在，需要基於(yu) 對宇宙中帶電粒子的觀測。但和具有指向性的光不同，帶電粒子不具有指向性。因為(wei) 在傳(chuan) 播過程中，帶電粒子容易受到磁場的影響不斷地改變方向。因此，哪怕探測到了反物質粒子，也無法判斷其來源，科學家無法對擁有數百萬(wan) 年“旅行史”的反物質粒子“尋根究底”，追溯其源頭。因此，對反物質恒星的探測和驗證也就變得尤為(wei) 艱難。

　　盡管如此，仍有許多科學家對探尋反物質以及反物質恒星的存在報以熱忱。

　　李祖豪表示，如果反物質恒星存在的話，它將是完全由反物質構成的，其中所有的基本粒子都有與(yu) 我們(men) 現今世界粒子一樣的質量和壽命，但電荷符號等基本物理特性是相反的，這對我們(men) 已知的所有物理規律具有怎樣的影響，還有待理論學家的計算和實驗驗證。

　　法國科學家曾計算出可能潛伏在宇宙中的反物質恒星的最大數量。科學家認為(wei) ，反物質恒星會(hui) 像正常恒星一樣發光，且每40萬(wan) 個(ge) 普通恒星中或將存在一個(ge) 反物質恒星。然而，這一假設是否成立，仍有待進一步驗證。

　　“今人不見古時月，今月曾經照古人”，和時年138億(yi) 歲的深邃宇宙相比，代代更迭的人類顯得異常渺小，許多關(guan) 於(yu) 宇宙的問題，隻能等待時間來給我們(men) 答案。也許在高能探測器和磁譜儀(yi) 不曾看向的角落，有著來自反物質恒星的光，隻等人類的驚鴻一瞥。