反質(zhì)子間相互作用示意圖(資料)
　　北京時間11月5日凌晨，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表中科院上海應(yīng)用物理所研究員馬余剛與美國布魯克海文實(shí)驗(yàn)室研究員唐愛洪領(lǐng)銜取得的成果：STAR合作組的中外科學(xué)家在相對論重離子對撞機(jī)（RHIC）上，首次測量到反質(zhì)子之間的相互作用力，對人類理解反物質(zhì)的形成機(jī)制起到了關(guān)鍵作用?！蹲匀弧穼徃迦苏J(rèn)為，“這篇文章很可能是本年度最重要的5篇物理學(xué)論文之一”。
　　模擬宇宙大爆炸研究反粒子
　　在一些科幻和童話作品里，人們構(gòu)想出一種“鏡像世界”，它和現(xiàn)實(shí)世界正好相反，其他性質(zhì)則完全相同。其實(shí)，物理學(xué)家早已發(fā)現(xiàn)真實(shí)的“鏡像世界”，它們就是反物質(zhì)。1928年，英國物理學(xué)家狄拉克根據(jù)相對論方程和量子電動力學(xué)方程，推測世界上存在反物質(zhì)——構(gòu)成它們的基本粒子與物質(zhì)的基本粒子質(zhì)量相同，但電荷相反。這個大膽猜想后來得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)，狄拉克也因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
　　如今，構(gòu)成物質(zhì)的各種基本粒子的反粒子，幾乎都已被科學(xué)家找到。物理學(xué)界認(rèn)為，在宇宙大爆炸初期，物質(zhì)與反物質(zhì)幾乎是對稱產(chǎn)生的。但令人不解的是，在我們已觀測到的宇宙中，幾乎全部是物質(zhì)，反物質(zhì)極其稀少。這種“對稱性缺失”，至今仍是個謎。
　　為深入研究反物質(zhì)，來自12個國家的52家科研單位組建STAR合作組，利用美國布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的相對論重離子對撞機(jī)開展研究。
　　物質(zhì)與反物質(zhì)相互作用對稱
　　為測量反質(zhì)子之間的相互作用力，研究人員利用兩束接近光速的金原子核對撞，形成類似于宇宙大爆炸之后幾個微秒時刻的物質(zhì)形態(tài)：由基本粒子夸克、膠子組成的等離子體，溫度大約是太陽中心的25萬倍。隨后，夸克—膠子等離子體迅速冷卻，產(chǎn)生基本等量的質(zhì)子與反質(zhì)子，為研究反質(zhì)子間的相互作用力提供了良機(jī)。
　　過去3年多，馬余剛的課題組與唐愛洪等合作，指導(dǎo)上海應(yīng)用物理所博士研究生張正橋做了艱難的數(shù)據(jù)分析工作。在此基礎(chǔ)上，他們提取出2個重要參數(shù)：反質(zhì)子—反質(zhì)子的有效力程和散射長度，實(shí)現(xiàn)了對反質(zhì)子間相互作用力的測量。
　　研究表明，在實(shí)驗(yàn)精度內(nèi)，反質(zhì)子間相互作用力與質(zhì)子間相互作用力沒有差別，都具有在一定的短程內(nèi)相互吸引的特性。“也就是說，物質(zhì)與反物質(zhì)在相互作用方面是對稱的，互為鏡像關(guān)系?！苯衲臧l(fā)表的另一項(xiàng)研究成果表明，粒子與反粒子在質(zhì)量、電荷上滿足CPT對稱性。馬余剛等人的研究則表明，粒子與反粒子在相互作用力上也滿足CPT對稱性。
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　　反物質(zhì)的潛在應(yīng)用：能源和武器
　　目前，反物質(zhì)研究還處在純理論階段，但未來，人類可能將反物質(zhì)用作能源和武器，使其發(fā)揮巨大的應(yīng)用價值。
　　馬余剛介紹，物質(zhì)和反物質(zhì)相遇后會“湮滅”，即兩者都不復(fù)存在，在相互湮滅過程中，會釋放出巨大的能量。如果人類未來能對這種能量予以控制，就可能制造出推進(jìn)力更強(qiáng)、重量更輕的航天發(fā)動機(jī)。在好萊塢科幻影片《星際迷航》中，反物質(zhì)正是星際飛船的燃料，推動航天器在各個星球間穿梭。由于少量物質(zhì)與反物質(zhì)湮滅時就會釋放很大能量，反物質(zhì)也被視為一種潛在的新能源。
　　正反物質(zhì)的湮滅還會導(dǎo)致爆炸，并釋放多種具有殺傷力的射線，因此“反物質(zhì)武器”早已引起軍事界興趣，也成為科幻小說中一種比核彈更可怕的武器。在丹·布朗寫的《天使與魔鬼》里，恐怖分子企圖從歐洲核子中心盜取0.25克反物質(zhì)，以炸毀整座梵蒂岡城。
　　宇宙中是否存在反物質(zhì)，甚至存在反物質(zhì)天體和反物質(zhì)星系？這也是科學(xué)界感興趣的問題。1997年，美國天文學(xué)家宣布，他們利用伽馬射線探測衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)，在距銀河系約3500光年的地方，有一個不斷噴射的反物質(zhì)源，形成高達(dá)2940光年的“反物質(zhì)噴泉”。2011年，一臺反物質(zhì)探測儀被送上國際空間站，由諾貝爾獎得主丁肇中主持的阿爾法磁力分光儀實(shí)驗(yàn)就此展開。這項(xiàng)研究已有16個國家的科學(xué)家參與，投入資金高達(dá)1000多億美元，希望在宇宙中找到反物質(zhì)存在的確鑿證據(jù)。
　?。ㄔd于《解放日報》 2015-11-05 10版）