反物质之谜: 宇宙丢失的另一半( 二 )


赫斯将粒子探测器带在身边,乘坐热气球测试空中的辐射量 。 经历了很多次热气球飞行后,他发现了一个令人吃惊的结果:探测器的辐射量竟然是随着海拔高度的上升而增加的!这完全违背了人们之前的想法 。
于是,物理学家们提出了下一个假设:如果这些辐射来自太空,那么一定来自于太阳 。 赫斯对此又进行了实验,在一次全日食的情况下,他依旧带着探测器搭乘热气球飞行,他发现即使月球完全挡住了太阳,探测器的辐射量仍然跟之前一样,随着海拔的上升而增加 。 他得出结论:辐射来自深太空 。 这些辐射叫做宇宙射线,它很快成为物理学家研究的焦点 。
为了寻找反物质,天文学家将目标放在每时每刻轰击地球大气层的宇宙射线上 。 果不其然,1936年,科学家在宇宙射线中看到了正电子的身影 。

反物质之谜: 宇宙丢失的另一半

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搜索太空
2008年,美国俄亥俄州立大学加里·史德曼教授想到了另一种方法也许能找到宇宙中的反物质 。 因为有些时候巨大的星系团之间会相互碰撞,假设其中一个星系团是由物质组成,另一个则由反物质组成,那么它们碰撞后会相互湮灭,放出大量的X射线和伽马射线 。
为了寻找反物质,史德曼将星际中“严重撞车事故”的产物——子弹星系团列为研究对象 。 他仔细查看了美国宇航局钱德拉X射线天文台和康普顿伽玛射线天文台的观测结果,但都没有什么重大发现,X射线和伽玛射线的量很少,那里大约每100万个粒子中才有3个反粒子 。
同一年,科学家们在我们的银河系中发现了一朵庞大但稀薄的反物质云 。 它围绕在银河系中心附近,并发出伽玛射线 。 欧洲航天局的射线卫星观测表明,这朵云并不在银河系的正中间,似乎是尾随着某颗散发X射线的恒星 。 这里的反物质可能不是宇宙诞生时遗留下来的,它们更有可能起源于恒星 。 这颗恒星周围有一个黑洞,当恒星周围的气体脱离恒星,会被黑洞“吃掉”,这个高能的过程将产生反物质 。
不过,能释放反物质的不只有恒星 。 平均而言,每一小时左右,香蕉会吐出一个正电子 。 这是因为香蕉中含有天然放射性同位素钾-40 。 当它衰变时偶尔会释放出一个正电子,而当正电子遇上第一个电子时,也会湮灭成能量,不过所释放的能量是微不足道的 。 而事实上,我们的身体里也有钾-40,也会发生这一过程 。
可见,宇宙中、实验室里很容易就产生正电子,但它们不能完全代表原始反物质,我们需要寻找的是更重的原始反物质粒子,比如反氦核 。
可是自然界中没有足够的力量来产生一个反氦核,只有宇宙大爆炸才能做到 。 所以,如果我们发现像反氦核这样的粒子,那么接下来可能会找到更多的原始反物质,甚至是拥有很多反物质的宇宙区域 。 如果检测到反碳核,那么意义就更加重大了 。 碳只能在恒星的“核熔炉”里形成,反碳核的现身,意味着太空中的某处存在“反物质星球”,这将是天文学一次伟大的突破 。
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反物质和物质
不是对称存在的?
2011年,阿尔法磁谱仪探测器被送到国际空间站,它是专门用来测量宇宙射线中反物质的数量和类型的 。 至2013年,阿尔法磁谱仪已经看到过40万个正电子,但没有发现其他种类的反物质 。 到目前为止,仍没有证据表明原始反物质潜伏在太空某处 。
所以只剩下一种可能:反物质和物质虽然是对称的,但“性格”却不一样 。

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