【足球买球网站】宇宙中不可能发生反物质的大尺度分离,正电子原子的来源需要大量产生长寿原子

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反物质是由波浪组成的,而不只是由反粒子组成。但是现在,物理学家们已经通过最新研究证实:通过单个正电子层电子的反物质栾晶显示,该反物质也是由粒子和波构成。简而言之,即使是在单个反物质粒子的水平这个前提条件之下,组成原理也是如此。

宇宙几乎没有反物质,物理学家还没有找到原因。

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发现地球引力场中反物质和物质的行为之间的任何细微差别都可以解释这个问题。正电子原子是一种反物质原子,被认为是测试反物质是否与地球引力场物质的速率相同。

反物质的主要特征和神秘属性

但它们是短暂的,持续时间仅为142纳秒 –
太少,无法进行反物质重力实验。因此,物理学家积极寻求技巧来制造更长寿的正电子原子来源。

关于反物质,可以用一句话进行简单的描述:它是正常物质的反状态。并且,当正常物质和反物质一旦相遇,双方便会发生互相泯灭抵消。在这个过程中,甚至还会爆炸产生巨大能量。作为正常物质的镜像的反物质,它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。从根本上来讲,反物质其实就是物质的一种倒转表现形式。

在本周发表在Physical Review A期刊上的一篇论文中,AEgIS
Collaboration的成员描述了一种制作长寿电子的新方法。为了对反物质重力实验有用,正电子原子的来源需要大量产生长寿原子,并且已知的速度可以控制并且不受电场和磁场等干扰的影响,他们说。

通过三千万光年的范围内都没有反物质天体这一现象,可以说明宇宙之中大块的反物质并不存在,这也是为什么大多数理论家都认为,宇宙中不可能发生反物质的大尺度分离。虽然它们也认为,在极早期的宇宙中,正反物质应当是等量的级别。于是,寻找物理机理,说明宇宙的这一变化就成了当前的困难,需要说明宇宙是通过怎样的变化,然后实现了从正反物质等量的状态,过渡到了正物质为主的状态。

我们的新资料来源于所有这些盒子,每分钟产生大约80,000个正电子子原子,每个原子持续1,140纳秒,并具有已知的速度(每秒70到120公里),可以高精度控制(每秒10公里)
。使用一种特殊的正电子 –
正电子转换器来产生原子,一缕紫外激光可以一石二鸟。激光将原子从最低能量的电子态带到长寿命的高能态,并且可以在所有原子中仅选择具有一定速度的原子。

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一次又一次显示的粒子波二元性

关于粒子波二元性,算得上是一个比较知名的概念。长期以来,物理学家们都知道一个客观现实,那就是几乎所有的东西(包括光和其他形式的能量),甚至是你体内的每个原子,它们都是以粒子和波的形式存在着。在以往的实验中,这个概念一次又一次的显示出来。

但反物质就不同了,就像它们的物质伙伴一样,如果排除它们的相反电荷和旋转情况,那么是难以进行实验的。如果这些物质的双胞胎瞬间存在,则往往都是大质量的粒子加速器。曾经,为了证明电子也是波,物理学家们进行了比“双缝实验”更复杂的版本。

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电子能像波浪或粒子一样运转

这是一个看似简单的设置:一把枪在墙壁上射出单个电子,有两个可以打开或关闭的小缝隙。一旦它们穿过狭缝,电子就会撞击探测器。费曼预测,当狭缝打开的数量为一个的时候,电子的表现会是颗粒;当两个狭缝都打开的时候,电子则会在由波干涉形成的探测器上产生特征性的光暗条纹图案。换而言之,一个波峰有时候会增加它的波峰,然后形成明亮的斑块。但是在其他地方的时候,波峰和波谷则会重叠,而后形成了黑暗区域。

经典双缝实验的结果并没有颠覆任何基本定律,即使在之前曾被认为过于具有挑战性。这个实验捕获了神秘的量子特性,并且让电子像粒子或波浪一样运转。即使我们知道它应该以这样的方式工作,但实际去实现这件事却是有特殊价值的。虽然新的实验,可能不会引起关于量子力学的问题,但重要的是检查这些基本定律,是否像物理学家在许多不同的设置中所期望的那样。

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实验中的干涉测量法是什么

在一开始的双缝实验中,科学家们的研究就准备了足够的可能,在一张带有两个夹缝的薄片发出一束电子,而另一侧则放置了一个探测器。那么科学家们又是如何判断的呢?当它们在探测器上形成两条亮线团,那么这电子就只是粒子。但如果它们的作用反应如波浪一般,它们就会变得和光一样“衍射”,然后会形成很多交替的更亮和更暗的线条的展开图案。

简而言之,当两个波重叠并且相对移动的时候,波的峰和谷会抵消或者相加,而后产生一种被称为干涉的独特模式。所以,这种类型的实验被科学家们称为干涉测量法。物理学家们已然证明,只要你从反射表面去反射正电子,那么它们就会变得像波浪一样。虽然到目前为止,他们并未通过双缝实验去证明个别正电子也具有波浪性质。

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粒子、能量和物质的相互作用

最小实验观察到的物质粒子以及能量和物质之间的相互作用,有一个理论的集合,被称作标准模型。夸克和轻子组成了物质,基本玻色子提供了电磁、强核力和弱核力。虽然,2012年发现的希格斯玻色子提供了其他粒子质量如何的解释,但作为第四个基本力量的“重力”,却并没有在标准模型中有所解释。

夸克的组成包括了六个粒子,分别是上、奇、底;轻子组包括电子中微子,μ子中微子,tau中微子,电子,μ子和Tau粒子;玻色子包括光子,胶子,Z粒子,W粒子和希格斯。但是,目前的标准模型并不完整,并未解释已知宇宙的许多重要特征,比如:重力、暗物质和暗能量。

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正电子的波动性质如何被证明

来自瑞士和意大利的物理学家团队成员们,研究出了如何产生低能量正电子束,这些正电子束可以在双缝实验的第一个反物质版本中运用。但是,当物理学家指示正电子通过更复杂的一系列多个狭缝之时,正电子则以一种不是单个粒子、而是我们所期望的波浪的方式落在了探测器上。

Paola
Scampoli,是米兰理工大学的物理学家,也是这项研究论文的共同作者。他表示:根据整个过程的观察,物理学家们通过证明量子力学起源,从而证明了正电子的波动性质。并且,这项工作为新的“干涉测量”实验打开了大门。

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在以后的时间里,经过研究人员们的努力,将能解答更加复杂的奇异物质的波浪性质相关问题,然后将这些结果运用到探测非常小尺度的重力性质。为彻底揭开宇宙反物质之谜,前面还有漫长路要走。人们已能预料,这问题的解决不仅对认识宇宙是重要的,它对物理学的影响也将是很深刻的。通过这样的实验,物理学家们有机会比以往任何时候,都更加深入的水平上去研究反物质的行为。

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