我是斜杠青年，一個(gè)熱愛自然科學(xué)的“雜食性”學(xué)者！

它就在你身邊，它是你的一部分，科學(xué)家仍在努力弄清楚它。

對(duì)質(zhì)：這與我們習(xí)慣的事情相反；它神秘地難以捉摸；當(dāng)它離普通物質(zhì)太近時(shí)，兩人在接觸時(shí)就會(huì)湮滅。

但非凡的事情還有更多，包括這四個(gè)引人入勝的事實(shí)。

所有原子都含有反物質(zhì)

你學(xué)到的前三個(gè)亞原子粒子可能是質(zhì)子、中子和電子。這些粒子構(gòu)成了形成我們身體和周圍世界的原子。

在基團(tuán)中，只有電子是基本電子，這意味著它不是由任何較小的成分組成的。另一方面，質(zhì)子和中子都由稱為夸克和膠子的基本粒子組成。

質(zhì)子和中子通常被描述為由三個(gè)夸克組成。但現(xiàn)實(shí)比這更混亂。質(zhì)子和中子包含整個(gè)夸克、反夸克和膠子海洋。在質(zhì)子或中子內(nèi)部，粒子和反粒子不斷碰撞和湮滅。

西班牙國(guó)家研究委員會(huì)研究員、一本關(guān)于反物質(zhì)的書的作者Beatriz Gato-Rivera說，質(zhì)子和中子被描述為只由三個(gè)夸克組成，因?yàn)樵谶@個(gè)出現(xiàn)和消失的粒子的漩渦中，三個(gè)夸克仍然沒有對(duì)質(zhì)物質(zhì)對(duì)應(yīng)物。質(zhì)子的反物質(zhì)版本——反質(zhì)子——包含三個(gè)未配對(duì)的反夸克。

反物質(zhì)遍布你周圍，在你的每個(gè)原子里面，以及你周圍所有東西的原子。

反物質(zhì)最初是通過數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)的

1928年，英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克面臨著一個(gè)謎題。為了描述電子的行為，他提出了一個(gè)結(jié)合愛因斯坦狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的理論。但為了讓他的數(shù)學(xué)方程發(fā)揮作用，他需要一個(gè)至少在當(dāng)時(shí)還不知道存在的粒子。新粒子需要與電子具有相同的質(zhì)量，但電荷相反。

三年后，他終于提出了這種粒子的存在，他稱之為“反電子”。

同年，加州理工學(xué)院的美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森正在拍攝宇宙射線穿過被稱為云室的粒子探測(cè)器留下的奇怪粒子軌跡的照片。1932年，安德森證實(shí)，這些軌跡來自狄拉克預(yù)測(cè)的粒子，這些粒子是宇宙射線與地球大氣層碰撞時(shí)產(chǎn)生的。安德森稱這些粒子為“正電子”。這是對(duì)反物質(zhì)的首次確認(rèn)觀察。

不平衡的數(shù)學(xué)方程也導(dǎo)致了對(duì)其他粒子的預(yù)測(cè)。在20世紀(jì)初，原子的質(zhì)量和穩(wěn)定性不能僅用它們的質(zhì)子和電子來解釋。歐內(nèi)斯特·盧瑟福提出，另一個(gè)中性粒子必須增加它們的重量——中子。1930年，科學(xué)家需要一些東西來解釋為什么在放射性衰變期間以β粒子形式發(fā)射能量的原子核不會(huì)直接向后退，而是以一定角度后退。Wolfgang Pauli提出，衰變必須同時(shí)發(fā)射另一個(gè)看不見的粒子——一個(gè)后來被稱為中微子的粒子。

科學(xué)家目前正在尋找其他粒子，包括軸子、超對(duì)稱粒子和暗物質(zhì)粒子，這可以解釋粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)中許多長(zhǎng)期存在的謎題。

科學(xué)家可以制造部分由反物質(zhì)制成的混合原子

通過減緩粒子減速器中的反質(zhì)子，然后將其與低溫氦結(jié)合，科學(xué)家可以產(chǎn)生一個(gè)稱為反質(zhì)子氦的亞穩(wěn)態(tài)雜交原子。

像這樣的雜交原子被稱為“異國(guó)情調(diào)”原子。一般來說，一個(gè)外來原子有一個(gè)組成粒子被交換為另一個(gè)具有相同電荷的粒子。在某些情況下，新粒子是一種反物質(zhì)形式。在反質(zhì)子氦中，氦原子的電子被反質(zhì)子取代。其他例子包括μ子（含有反μ子和電子）和正電子（包含電子和正電子）。

外來原子用于研究物質(zhì)和反物質(zhì)之間的相互作用。原子內(nèi)粒子和反粒子之間的短尺度相互作用使研究人員能夠研究可能無法以其他方式研究的現(xiàn)象。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院粒子物理學(xué)家Anna Soter表示：“這些短期相互作用是尋找新物理學(xué)的重要工具?！?/p>

科學(xué)家正在探測(cè)外來原子，以尋找反質(zhì)子和電子之間異?！暗谖辶Α钡嫩E象?？茖W(xué)家還使用奇異的原子來收集對(duì)粒子性質(zhì)的非常精確的測(cè)量。這使他們能夠在標(biāo)準(zhǔn)模型中測(cè)試對(duì)稱性，例如預(yù)測(cè)粒子及其反粒子的質(zhì)量和電荷應(yīng)該完全相同（盡管符號(hào)相反）。

“到目前為止，亞穩(wěn)態(tài)抗原生氦原子是科學(xué)家能夠使用激光光譜學(xué)研究的最大反物質(zhì)外來原子?！薄暗?jiǎn)單的系統(tǒng)，如μ子和正電子，也令人興奮地研究。在沒有強(qiáng)相互作用的情況下，這些原子僅由基本粒子組成?！?/p>

除了創(chuàng)造混合粒子外，科學(xué)家還可以創(chuàng)造抗原子。例如，通過結(jié)合抗質(zhì)子和正電子，歐洲核子研究組織的科學(xué)家正在生產(chǎn)抗氫。

科學(xué)家在我們的銀河系中發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì)比他們目前無法解釋的要多

20世紀(jì)70年代，歐洲航天局的INTEGRAL任務(wù)在銀河系中心檢測(cè)到伽馬射線信號(hào)。該信號(hào)的亮度和分布表明，我們銀河系核心中相當(dāng)于9萬億公斤的正電子（即1043個(gè)正電子）每秒被消滅——比科學(xué)家預(yù)期的要多得多。

所有這些正電子來自哪里是一個(gè)懸而未決的問題。一些候選者包括銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞、附近的其他大質(zhì)量黑洞、被稱為脈沖星的快速旋轉(zhuǎn)的中子星，以及暗物質(zhì)粒子之間的湮滅。

幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在找到我們銀河系中心的伽馬射線的來源。例如，康普頓光譜儀和成像儀（COSI）是一種伽馬射線望遠(yuǎn)鏡，它將成像我們星系的核心，以探測(cè)這些正電子的來源。其他努力，如擬議的全天空中能伽馬射線天文臺(tái)（AMEGO），也旨在揭示這個(gè)謎團(tuán)。

最近，科學(xué)家檢測(cè)到第二次多余的正電子，這個(gè)能量要高得多。2008年，俄羅斯衛(wèi)星上的宇宙射線探測(cè)器PAMELA發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過地球的反物質(zhì)粒子比科學(xué)家最初預(yù)測(cè)的要多。其他實(shí)驗(yàn)，如2011年安裝在國(guó)際空間站上的AMS-02，證實(shí)了PAMELA合作的發(fā)現(xiàn)。

這些額外的正電子從何而來？已經(jīng)提出了幾個(gè)假設(shè)。根據(jù)斯德哥爾摩大學(xué)天文學(xué)家蒂姆·林登的說法，最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)者可能是脈沖星。

科學(xué)家一直在研究脈沖星的伽馬射線，以計(jì)算恒星釋放了多少正電子。目前，“科學(xué)家得到的數(shù)字與脈沖星將產(chǎn)生我們看到的多余正電子的模型非常匹配。”

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