什么是反物质?为什么科学家们这么执着于寻找它?
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发布时间：2022-10-31 15:02
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热心网友
时间：2023-10-17 03:09
其实，我个人认为物质与反物质完全相同，只是电荷符号相反而已。
但我们不得不承认，我们的宇宙是物质主导的。
我们周围的一切都是由物质粒子构成的。
创造和研究反物质的唯一地方是在高能、高成本的对撞机实验中。
这些实验通过将两个粒子相互轰击而产生很少且转瞬即逝的反物质粒子，但即使是这些高能实验也只能产生少量高度不稳定的反物质。
物质在宇宙中占主导地位这一事实，就足以让反物质的存在变得……困难。
如果是这样的话，如此高能的反物质是从哪里来的呢？
近年来，检测到的正电子（电子的反粒子）和反氦的数量让科学家们感到不安。
这些反物质粒子是由连接到国际空间站 (ISS) 的阿尔法磁谱仪 (AMS) 检测到的。
它于 2011 年推出，目的是检测粒子并测量它们的质量和自旋。
这个探测器背后的大脑，Sam Ting，也热切地等待着它探测到大量反物质的那一天。
这话一出，所有人都无语了。
自发射以来的几年里，AMS 已经探测到了数十亿个来自太空的粒子，但它的发射是为了捕捉反物质，而这一目标最初被认为是不可能的。
第一个惊喜是 AMS 检测到异常多的正电子。
更令人惊讶的是，这些正电子的能量很高。
正电子存在于太空中是有原因的，但如此多、如此高能量的数量并没有明显的解释。
它们的高能量水平，意味着它们是由某种高能量源产生的。
据我们所知，暂时没有发现高能量的反物质来源。
当 AMS 检测到反氦原子核时，更令人费解。
反氦的产生需要非常大的能量，而后续的粒子极不稳定。
因此，即使是少数被检测到的东西，也意味着某处正在大规模生产它。
为了回答这个问题，科学家们提出了许多理论，从暗物质到原始黑洞。
当然，并非所有的理论都被视为可行的解释。
让我们来看看一些最有趣，但没有成功的想法。
一些理论家认为暗物质的衰变和湮灭，导致了反粒子的形成。
然而，这个理论并不令人信服，因为人们对暗物质知之甚少，更不用说它的衰变方式了。
关于原始黑洞（黑洞的OG）的理论更有说服力。
正如斯蒂芬霍金所解释的，在黑洞的事件视界之外存在粒子-反粒子辐射。
因此，原始黑洞可以被视为正电子和反质子的来源，但该理论不足以解释高能反氦的来源。
自 2021 年以来，还有另一种理论一直在流传，并且被广泛接受。
这就是由反物质星组成的球状星团的理论！
反物质星作为反氦源的最佳候选者有一个简单的原因，即这些是唯一可以大量制备反氦的大型“实验室”。
反物质是物质的另一个自我，反物质星是我们物质组成的恒星的另一个自我。
它们只是由反物质而不是常规物质组成，因此发射的是反物质而不是物质。
它们周围的行星也是由反物质组成的，如果其中一个行星上有生命，那么这些生物就会由反物质构成，并且会消耗反物质。
请记住，这将是他们的物质版本，而我们对他们来说是“反物质”。
该理论表明，这些反物质星存在于不小于球状星团大小的结构中。
它们是聚集在球形星团中的较老恒星的集合。
它们的恒星密度也非常高，并且位于银河晕中。
它们没有显示出活跃的恒星形成，并且通常没有气体和尘埃。
该理论认为反物质的来源是原始反物质的剩余部分，即早期宇宙的反物质。
没有任何理论能够成功地解释，宇宙诞生期间发生的导致物质-反物质不对称的事情。
然而，研究表明，在物质形成的过程中，大范围的反物质仍然存在。
这些域必须在反物质湮灭之后仍然存在，它们的大小受到伽马辐射的控制。
伽马射线是能量最高的波，可以作为屏障，屏蔽不同的域。
这些域可能已经演变成球状集群。
这些星团可能是在星系形成期间形成的，并留在星系的光晕中。
但是，这些遥远光晕中的反物质是如何最终进入我们的探测器的？
要知道，我们的太阳系位于银河盘中，远离银河晕。
有几种方法可能会发生这种情况。
一种是通过恒星的质量外流和太阳耀斑。
在它们的整个生命周期中，恒星通过这些机制不断地失去它们的质量。
反物质星也不例外，可能已经失去了一些从星团传播出来的质量。
然后，在穿过银盘时，它可能已经进入了太阳系。
这听起来不错，但这些机制存在问题。
一是大部分粒子能量很低，星系的磁场不允许它们进入。
换句话说，AMS探测到的高能反物质可能不是因为这些机制。
另一个令人兴奋的解释来自超新星的形式。
这些正在爆炸的恒星已经到了生命的尽头。
在这种情况下，爆炸将是反物质星。
当恒星爆炸时，存在于恒星内部深处的反氦会被清除到星际介质中。
爆炸的能量如此之高，以至于反物质足以克服银盘的磁障并到达太阳系。
那么我们怎么知道这个理论是否可行呢？
为了确认，科学家们进行了模拟并得出结论，在我们的银河系中确实可能存在球状的反物质星团。
认为这样的东西存在是疯狂的，但现在我们已经探测到这些反物质恒星的排放，研究人员渴望探测到这些恒星本身。
