2.现代粒子结构的发展.docx

现代粒子结构的发展

1.《自然》：最新研究证实存在物质—反物质分子

作者：任霄鹏来源：科学网www.sciencenet.cn发布时间：2007-9-1315:38:27图片说明：超高真空室靶室.在这里，正电子被射入多孔石英膜.

美国科学家的一项最新研究，找到了物质和反物质结合的确凿证据.在9月13日《自然》杂志发表的一篇论文中，加州大学河畔分校的David  Cassidy和Allen  Mills表示，他们发现了两个电子偶素（positronium，简写为Ps）可以相互结合，形成分子电子偶素Ps₂（molecularpositronium）的确凿证据.

所谓电子偶素，其实就是一对正电子（positron，电子的反物质形态）和电子形成的原子.由于正电子和电子的电荷差异，它们很容易发生吸引，相互结合.从理论上而言，电子偶素原子（即电子—正电子对）之间也能够相互配对，形成Ps₂分子，这就好比两个氢原子形成H₂.由于正电子的质量只有质子的1/1836，因此电子偶素分子的质量也比H₂分子要轻得多.然而，Ps₂有着不同寻常的一面.加州大学圣地亚哥分校的物理学家CliffordSurko表示，与普通原子可明确描述的结合不同，这四个粒子好像“在围绕彼此跳着欢快的舞蹈”.Ps₂分子难以被发现的一个重要原因是物质和反物质在极短的时间内结合并发生湮灭，以伽马射线的形式释放出能量.在实验室中，Ps原子在自我毁灭之前的存活时间仅有不到百万分之一秒.

不过，Cassidy和Mills发现，只要他们能捕获足够的Ps原子，其中的一些就可以在消失之前发生结合.利用Surko开发的一种技术，研究人员制造出了一束正电子流，并将它射入多孔的石英薄膜中，试图让正电子与电子结合，并制造出Ps₂.研究人员估计，两个Ps结合形成分子的几率约为十分之一.（参见更多阅读2）

科学家的进一步研究验证了两个事实.Ps₂中电子—正电子的湮没速度比单独的Ps原子更快，这是由于结合成分子后，电子和正电子碰撞几率更大.此外，在温度较低时Ps混合原子结合成分子的比率更大，因为低温让分子更加稳定，而随之释放出的伽马射线也更加强烈.

新的研究将为解答一些最复杂的物理学基本问题带来希望，比如为什么宇宙中物质比反物质多得多（宇称不守恒）.而Mills等人也已经确立了一个实际目标，即制造大量的Ps₂分子，利用湮灭释放的高能伽马射线来创造激光.（科学网任霄鹏/编译）

这一段报道可以看作是反引力的一个重要的实验例证：试想，如果正负电子对（电子偶素）之间的万有引力是正引力——吸力，那么，它们间的电磁相互作用也是吸力，这只能使它们进一步接近，而越接近这种吸引力将越发强大，而且，随之而发生的弱作用力和强核力也是吸引力，这只能使正负电子对单调地接近，复合而湮没为γ光子，不可能有机会暂时稳定为电子偶素分子！正是正负电子对（电子偶素）之间的万有引力是反引力——斥力，而且，由于其间的电磁场很强，因而其间的光速会很低，这样引力耦合系数G会大得多，从而它不会是电磁耦合系数的10^-36倍，这样，反引力会抗拒电磁吸力，使之有机会暂时稳定为电子偶素分子！正、负电子不仅绕共同质心旋转，并在其相对平衡位置处振动，一旦它们接近到弱作用力和强核力吸力发生作用时，这种平衡被打破，正、负电子耦合，湮没为γ光子.所以，Ps原子在自我毁灭之前，有一段短暂的存活时间！

2.超新星爆发时的重元素合成速度远高于理论预测值

新华网东京2月6日电日本理化研究所日前发表公报说，该所研究人员与国内外同行通过对38种中子过剩的放射性同位素的寿命进行精确测定，发现质量数在110左右的放射性同位素的衰变速度超过理论预测值的两三倍.这表明超新星爆发时的元素合成速度远高于预想.公报说，科学界认为，从铁到铀，自然界稳定存在的重元素中有约半数是大质量恒星在生命终结阶段发生超新星爆发时生成的.为了验证这一假说，有必要人工合成超新星爆发时生成的中子过剩的放射性同位素，并测定它们的寿命.研究小组利用仁科加速器研究中心的重离子加速器“放射性同位素束流工厂”将铀238束流加速到345兆电子伏特，然后轰击铍9，从而人工制造出从氪97到锝117等数十种中子过剩的放射性同位素.接着，研究人员把这些放射性同位素分离，并让分离后的原子核束射入理化研究所研发的高性能寿命测定装置，精确测定它们的寿命，也即同位素衰变前保持稳定的时间.测定结果显示，质量数在110左右的放射性同位素的寿命只有理论预测值的二分之一到三分之一.这表明，超新星爆发时的重元素合成速度远高于理论预测值.

本次研究成果将发表于美国《物理评论通讯》周刊.