“知识新探索”百科丛书量子物理学的世界(全彩)

无处不在的反物质 所有的基本粒子都是量子粒子，但粒子物理学的首要任务并不是搞清楚这些基本粒子的量子本质是什么，而是着手建立一种能解释基本粒子是什么，以及它们之间相互关系的模型。对这一模型不断探索而取得的极大成就就是今天粒子物理学中的“标准模型”。 这里我们需要延伸一下反物质的概念。前面已经介绍过狄拉克将正电子视为电子的反粒子，并且他认为任何“普通”粒子都有反粒子。如今的宇宙学理论认为物质是由能量产生的。而宇宙中要产生这么多的物质就应该有同样多的反物质，因为能量转化为物质的过程必然伴随着粒子和反粒子对的出现。 我们没法观察到全部的宇宙（更别提宇宙是不是无限的这个问题了）。原则上讲，一半的宇宙也许都是由反物质组成的，只是我们还没有观察到而已，但是人们并不清楚为什么会出现这样的结果。 每个基本粒子都有其对应的反粒子，复合粒子也同样有其对应的反粒子。比如质子和中子就是一种复合粒子，它们由更小的粒子（夸克和反夸克）组成。质子的反粒子是反质子，反质子的电荷与质子相反，带负电。而中子由于本身不带电，所以它的反粒子，即反中子，也是电中性的，但反中子的其他量子性质和中子截然不同。 物质都去哪儿了？ 时至今日，人们也只能观察到极小的一部分宇宙，人们对宇宙中的反物质到底去哪儿了提出了大量的猜想。其中，被*多人所支持的猜想认为：物理学中有一丁点极小的不对称，便产生了物质比反物质多那么一丁点的结果，并*终形成了我们今天观察到的宇宙的状态。 加速器和对撞机 绝大部分粒子物理学的实验都采用一种近乎幼稚的研究方法：既然我们看不到微观粒子世界到底发生了什么，那我们就把它们统统砸碎，看看能蹦出来什么东西。这就好比我们为了理解一台构造精密的时钟是如何工作的，我们很幼稚地选择用大锤子把时钟砸得稀烂，并用高速摄像机拍下砸的过程中蹦出来了什么零件，然后再用慢动作回放仔细研究。 粒子物理学家的“大锤子”就是加速器和对撞机（这两者通常是在一起的）。加速器和对撞机可以将粒子加速到极高的速度，然后与另一个运动中的粒子或者一个静止的靶粒子相撞，并捕捉碰撞后的粒子碎片的轨迹用于分析。 带电粒子经过电磁场时会获得能量而被加速，起初人们让粒子沿直线加速（例如直线加速器），后来人们想到如果让粒子绕着圆形轨道加速的话，粒子每走完一圈就可以被加速一点，不断绕圈运动便能不断地加速，*终粒 子可以被加速到非常高的速度，同时还节省空间。世界上*著名的粒子加速器就是位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心（以下简称CERN）的大型强子对撞机了。它的圆周总长足有27千米，深入地下100米，能将粒子加速到光速的99.9%以上。