反物质可见吗?

时间:2021-07-21 09:11:19   作者:
反物质可见吗?是的。反物质像物质一样散射光。一束正电子,如果足够强,就会像一束电子束一样可见。这很容易理解,首先看看反物质的性质。

反物质粒子是量子物理定律所要求的物质粒子的搭档。以电子为例,反物质粒子被称为正电子。它的质量和自旋与电子相同,但电荷相反,大小相同。

反物质可见吗?

更精确地说,正电子可以通过电子的电荷共轭得到。这个数学过程将用一个同等大小的正电荷取代电子的负电荷,但电子的所有其他物理性质保持不变。

一个具有足够高能量的光子,比如伽马射线光子,可以产生一个电子-正电子对。能量必须至少等于电子静止质量能量的两倍。光子携带的任何多余能量都将以动能的形式转移给粒子对。

以这种方式产生的一对电子和正电子是相对论粒子,因为只有相对论量子场才能产生粒子。它们都在四维闵可夫斯基时空中运动;在低能的情况下,这些粒子在我们所居住的近乎平坦的三维欧几里德空间中表现出来。

每个粒子的空间动量是可比较的,这意味着它们在时空中可能朝着相同的方向运动。但是时间方向上的动量(能量)会以相反的方向流动,因为物质和反物质粒子的时间箭头方向相反。

就其它所有物理性质而言,正电子的行为与电子完全相同。正电子和电子一样,也能散射低能量的光。这种光散射将使足够密集的正电子束可见,甚至肉眼也能看到。

在这里我必须指出,虽然物理学家们期望反物质具有与物质相同的物理性质,但这些性质还没有像对物质的研究那样精确。

欧洲核子研究中心(CERN)正在进行一项实验,以测试反物质在地球引力作用下下落的速率,以及正电子上更精确的电荷大小。这个实验被称为ALPHA,至今已经进行了将近20年。它通过一个反质子和一个正电子结合产生一个反氢原子。
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