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万有引力对反物质不起作用?《反物质专题(兼ISS-AMS成果)》

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hkhtg090201 发表于 2011-4-25 09:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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STS-134运送AMS到ISS,第一目的是搜寻宇宙中的反物质星系。

AMS不管未来能不能找到 宇宙射线中的 ‘反氦核’,都将载入科学史册.


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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-4-25 09:48 | 显示全部楼层
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10亿次碰撞揪出反氦-4 迄今人类所知最重反物质
2011年04月25日 09:14   来源:文汇报   许琦敏

  位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)再获重大发现:中外科学家探测到了迄今人类所知最重的反物质——反氦-4。今天凌晨,英国《自然》杂志在线发表了这一成果,并将于29日印刷出版。

  两个接近光速的金原子核对撞,会模拟出宇宙诞生时的那一声“啼哭”——产生大约等量的正物质和反物质。科学家就在这不足万亿分之一秒的瞬间,在上万亿度的高温中,捕捉着各种反物质的蛛丝马迹。

  “RHIC上的一对金核碰撞大约会产生500个粒子,通过筛选10亿次碰撞所产生的5000亿个粒子,我们探测到了18个反物质氦-4原子核的信号。”RHIC-螺旋管径迹探测器(STAR)国际合作组中国组负责人、中科院上海应用物理研究所马余刚研究员介绍,反物质的原子核由反质子、反中子构成,但其性质和正物质原子核相似。由于反物质存在时间很短,因此这些反物质粒子聚成稳定的原子核的几率非常小。

  早在1995年,科学家就发现了最简单的反物质原子——一个反质子加上一个正电子构成的反氢原子。直到现在,科学家才找到了反氦-4——它由两个反质子和两个反中子组成,质量是质子的4倍。

  这次发现反氦-4,主要得益于中国科学家所研制的大型飞行时间探测器。它为STAR提供了更清晰的“视力”,能精确区分出带电粒子的踪迹。STAR国际合作组发言人许怒研究员说,STAR中国合作组为在海量事件中捕捉到反氦-4作出了重要的贡献。

  中科大陈宏芳教授说,可能在未来很长一段时间内,反氦-4都会保持“最重反物质”的桂冠。因为反氦-4需要4个反核子聚在一起,而下一个更重的反物质应该是反锂6,这就需要6个反核子聚集成一个原子核——其产生的可能性是反氦-4的百万分之一。“这需要将对撞机的能量大幅提高,或者把亮度增强上百万倍,而现在的加速器技术几乎不可能实现。”

  为何科学家会对“最重反物质”如此着迷?其一是出于对宇宙婴儿期的好奇:为何当初成对产生的正反物质最终正物质占了绝对优势?为此,今年美国将向太空发射探测器,希望在宇宙中发现反氦-4的踪迹。其二是受到巨大能量的诱惑,根据爱因斯坦的质能方程,当正反物质相遇湮灭时,所有质量都在一瞬间转变为巨大能量,远远超过了核裂变、核聚变,而且不会存在核污染。

  “反氦-4十分稳定,若不湮灭,原则上不衰变。”马余刚补充道,越重的原子湮灭时产生的能量越大,这种看似大海捞针的寻觅,或许会诞生人类未来的能源方案。
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点评

暗物质好比就是鬼,鬼是不受万有引力影响的。。。  发表于 2013-6-3 15:40
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-4-25 09:53 | 显示全部楼层
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反物质与三大世纪之谜
2010年11月19日 13:35  浙江在线-钱江晚报
  反物质的发现,使人们自然地联想起了上世纪的许多不解之谜。 

  三大“世纪之谜”中最著名的当数通古斯大爆炸——1908年6月30日凌晨,俄罗斯西伯利亚通古斯地区的森林里,突然发生了一次史无前例的大爆炸。其威力相当于1000枚原子弹同时爆炸,数百平方公里内的城镇与森林在爆炸中被毁灭。

  通古斯爆炸震惊了全世界,世界上多个国家相继派团考察,但至今通古斯大爆炸之谜依然众说纷纭,莫衷一是。其中一种说法便认为是反物质引起的“湮灭”现象。因为这种能级的爆炸除非是流星或陨石坠落,否则无法解释,而那里却没有任何陨石碎块。

  另一次“世纪之谜”发生在1979年9月22日,美国的一颗卫星拍摄了发生在西非沿海一带的酷似强烈爆炸的照片,经分析,它的强度相当于一次核爆炸。当时,只有美、苏、英等少数几个国家拥有核武器,谁会到如此遥远的地方进行核试验呢?对坚持通古斯大爆炸是反物质“湮灭”现象的科学家来说,又多了一个论据。

  第三次“世纪之谜”发生于1984年4月29日晚10点。当时,一架日本班机飞抵美国阿拉斯加上空,副机长突然发现,飞机前方突然出现了一团巨大的“蘑菇云”,急速向四周扩散……在这条航线上飞行的其他三架飞机的机长也同时看到了这一怪象。然而,这四架飞机降落后,机上人员和飞机机体上并没有发现任何放射性污染的痕迹。
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-5-6 15:42 | 显示全部楼层
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科学家:使反物质原子保存时间延长至17分钟
2011年05月06日 09:39   来源:搜狐科技

  【搜狐科学消息】据俄罗斯媒体报道称,上周,欧洲核子研究中心的科学家利用反氢激光物理仪器(ALPHA)捕获到了数量可观反氢原子,共计309个,并使其在粒子陷阱装置中保存了1000秒(约17)分钟,使其保存时间较以往增加了四个数量级。2010年,欧洲原子能研究中心(CERN)利用反氢激光物理仪器(ALPHA)第一次创造出并捕获到了数量可观的飞行状态下的反氢原子,不过这个“可观”只是相较过去而言,当时的技术力仍然只允许他们将38个反氢原子用磁场保存0.172秒,在这么短的时间内对这么少的原子进行研究和分析,显然还是不太够。

  科学家表示,要想保存住反物质原子是十分困难的事,没有足够强的电荷和磁场,反物质原子是很难停留在磁场中的。一般反物质原子往往只会出现几毫秒就会立即消失。科学家们利用多个磁场的综合作用,将反质子和正电子集合到一起,才形成反氢原子,然而,由于反氢原子不带电,不能通过电磁方法进行捕捉,只能利用通过原子转动时产生的磁矩(magnetic moment)通过磁力方面的途径去进行约束和捕捉,其难度可想而知。为成功捕捉反氢原子,科学家们对分离器进行了深度冷却,并为此加装了结构异常复杂的设备。此次实验为今后的反物质研究打下了更为坚实的基础。接下来,欧洲核子研究中心的科学家们计划研究,万有引力对反物质的影响。通过试验,观看反氢原子在没有约束的情况下,受到重力影响后是被吸引呢还是被排斥——换言之,反物质与我们的世界的相互作用力是否相反。当然,在目前的物理学框架下,几乎可以确定反氢原子仍然会受到地球重力而“下落”。在下一步的试验中,ALPHA小组将会把一些反氢原子冷却到接近绝对零度的状态、让它们的运动变得极为缓慢,然后取消磁场约束,观察它们的坠落方向。虽然希望渺茫,但假如反氢原子“向上坠落”,反重力就将成为可能,而人类的未来也会因此而变得与众多科幻故事更为相似。此前,曾有科学家表示,研究万有引力对反物质的影响可能性几乎为零,因为科学家们所能控制住的反物质十分少,而且其留存时间是极其短暂的。但此次实验中,科学家们成功将反物质的保存时间延长了4倍,为进行进一步研究提供了条件。反物质是物理学领域最令人迷惑的问题之一。为什么今天的宇宙由正物质构成而不是反物质?当前有关亚原子世界的最优理论——粒子物理标准模型也无法给出答案。但科学家认为,物质和反物质属性之间的微小差异可能就是答案所在,而这种差异体现在违反CPT对称定理上。 CPT对称是指,把粒子用反粒子替换,右手坐标系换成左手坐标系,以及所有粒子速度反向,物理定律不变。
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-5-6 22:03 | 显示全部楼层
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科学家将捕获反氢原子保持1000秒
2011年05月06日 17:41  科技日报

  本报讯 1000秒并不太长,但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说,却是4个数量级的重大突破。据美国物理学家组织网5月4日报道,CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒,而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1000秒,为进一步证明反物质属性铺平了道路。

  特殊反物质概念是现代科幻小说和电影的最爱,在大众心理层面产生的效果经常会扭曲了反物质的真实性质,或对使用反物质带来的后果产生误解。因此,任何CERN取得的新进展,都可能引发更多联想。

  由粒子和反粒子构成的原子很不稳定,通常仅能存在不到1微秒。而反氢原子完全由反粒子构成,被认为是稳定的,成为精确研究物质—反物质对称体系的最佳目标。反氢原子和氢原子是否具有同样的能级?它和重力会怎样反应?反氢原子在重力作用下会向下落还是向上升,抑或是以其他某种人们想不到的方式?CERN进行的系列实验正是要回答这些问题。

  ALPHA项目研究小组在反质子和正电子结合的时候,将其冷却以降低能量制造出反氢原子,低能态让反氢原子在磁阱中保持一团云状。在实验中,研究人员捕获了309个任意速度的反氢原子,它们在跟各种微量气体碰撞而彻底湮灭或者得到能量逃出磁阱之前,持续存在了1000秒时间。

  研究人员指出,这意味着ALPHA小组掌握了捕获更多反氢原子的技术。下一步计划是冷却一小群反氢原子,以观察它们在重力作用下是升还是降,回答有关反物质属性的关键问题之一。

  实验还首次测量了被捕获反氢原子的能量分布。根据计算显示,大部分被捕获的反氢原子处于基态。这些研究拓宽了进一步实验的范围,包括精确研究CPT(电荷—宇称—时间反演)对称、凸显万有引力效应的制冷温度等,也为系统地研究磁阱动力学提供了关键工具。(常丽君)
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-6-3 11:29 | 显示全部楼层
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-6-9 06:24 | 显示全部楼层
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-8-8 21:36 | 显示全部楼层
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科学: 地球周围发现稀薄反物质带
2011年8月08日

科学家首次发现了一个包围地球的稀薄反物质带。报告(arXiv预印本)发表在《天体物理学学报通信》上。

       这项研究证实了地球磁场能捕获反物质的理论推测。反质子是2006年发射的探测太阳和系外高能粒子的卫星Pamela发现的。Pamela的目标之一是从丰富的普通粒子中寻找到数量稀少的反物质粒子。新的数据分析显示,当Pamela卫星飞过名叫南大西洋异常的区域时,它观察到了数千倍于正常粒子衰变的反质子,证明存在一个类似范艾伦辐射带的反物质带。研究人员认为,这些反物质粒子可成为未来宇宙飞行器的燃料来源。
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-8-26 22:15 | 显示全部楼层
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AMS已获50亿个宇宙射线数据
2011年08月26日 15:20  东方网-文汇报

  运转仅3个月即超过以往50年科学家所获数据总和

  本报日内瓦8月25日专电 笔者从由诺贝尔奖得主丁肇中领衔的AMS(阿尔法磁谱仪)项目组获悉:AMS—02自5月16日由“奋进”号航天飞机送抵国际空间站的3个月以来,一切仪器设备均运转正常,获得的宇宙射线数据已达50亿个,超过了以往50年科学家所得到的宇宙射线数据的总和。AMS—02将在国际空间站工作20年,所收集的海量数据,将大大丰富人类对宇宙奥秘的认识。

  以探测宇宙反物质和暗物质为目标的AMS项目,是由世界上16个国家的60所大学和科研机构共600多位科学家、工程师共同参加的大型国际科学合作项目,其间克服了无数困难,终于在美国航天飞机计划结束前,搭乘“奋进”号航天飞机的最后一次航班,顺利运抵国际空间站,成为国际空间站上唯一的大型科学研究装置。AMS—02抵达国际空间站后,于5月19日开始发回数据,其获得的数据量比原来预计的多达5倍。

  据丁肇中教授介绍,目前人类对宇宙的了解,主要是通过天文望远镜对光子的探测和分析,包括哈勃望远镜;而对来自宇宙的带电粒子,我们知之不多,探测和研究尚处于空白。AMS—02是人类首次在太空对来自宇宙的带电粒子进行有系统、有计划的探测和分析,被称为探测宇宙射线的“哈勃望远镜”。

  对反物质的研究是当前国际物理学界的一大热点。就在一个月前,欧洲核子中心(CERN)的科学家宣布:抓住了捕获时间长达16分钟的反氢粒子。而同在欧洲核子中心(CERN)的AMS项目组,则开辟了从宇宙射线中寻找反物质粒子的先河。来自宇宙的带电粒子能量大大高于大型加速器所产生的粒子能量,因此欧洲核子中心对丁肇中教授领导的这一科学探索非常重视和支持,特地为AMS新盖了一座实验楼,其中央控制室可实时接收来自国际空间站的信息,并迅速加以分析和处理。近百名各国的科学家、工程师每天24小时轮班,不分昼夜地监测着AMS各子系统的工作状态、分析来自太空的探测数据。人们相信,这一被称为“缩小版的CERN”,一旦有重大发现,都将是基本粒子和宇宙研究上的重大贡献。
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-9-3 21:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2015-7-15 14:03 编辑

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求解反物质消失之谜
2011年09月03日  来源:人民日报海外版


  近日,位于广东大亚湾核电站的两个中微子探测器开始“收获”——探测到来自核电站反应堆群的中微子。这标志着大亚湾国际合作组对中微子第三种振荡模式的测量迈出了第一步,实验结果很可能会对宇宙中为什么物质多于反物质提供线索。

  揭秘“中微子”

  说到中微子,我们的目光需回到1930年—1945年诺贝尔物理学奖得主泡利在那一年预言了中微子存在。

  “我做了件很糟糕的事。我预言了一种无法测到的粒子。”泡利所提到的这种“无法测到的粒子”,在1933年被意大利著名物理学家、1938年诺贝尔奖物理学奖得主费米正式命名为中微子。

  根据现代粒子物理学,构成物质世界的最基本单元是夸克和轻子。其中包括6种夸克和6种轻子。轻子包括3种带电轻子:e(电子)、μ子、τ子,以及3种中微子即电子中微子、μ中微子、τ中微子。

  “在地球1平方厘米表面上,也就是指甲盖大小,每秒就会落下约600亿个来自太阳的中微子。每秒无数中微子穿过一个人身体,但不会发生作用。对它来说,人基本上是空的。”大亚湾反应堆中微子实验项目工程副经理、中科院高能物理研究所研究员曹俊说。

  “如果没有中微子,太阳不会发光,不会有比氢更复杂的原子,没有碳、氧、水、空气,没有地球,没有月亮,没有人类,也没有宇宙。”曹俊说,中微子不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用,而且与宇宙的起源和演化有关,例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成的。

  但中微子非常轻、不带电、几乎不与物质发生相互作用,难以捕捉,被称为鬼粒子,所以,这个概念被提出26年后的1956年,科学家才在实验室中第一次观测到这种神秘粒子。

  诺贝尔物理学奖分外青睐中微子研究领域。1988年,美国科学家莱德曼、舒瓦茨和斯坦伯格,因为发现第二种中微子——μ中微子而获诺贝尔奖;1995年,美国科学家莱因斯,因为1956年在实验中首次观测到中微子,而与τ子的发现者分享了这一殊荣;2002年,美国科学家戴维斯和日本科学家小柴昌俊因发现太阳中微子失踪现象以及观测到超新星中微子而获诺贝尔奖。

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为什么会是大亚湾?

  科学家研究发现,太阳中微子(电子中微子)和大气中微子中的μ中微子在传输过程中,观测值往往是理论值的三分之一到一半左右。这种“失踪”现象实际上是一种中微子转换成了无法探测到的另一种中微子,这种转换被称为“味振荡”。

  目前,决定振荡过程的振荡参数矩阵6个参数中的4个,都已得到。而此试验项目瞄准了第5个重要参数——θ13混合角。“其数值大小决定了未来中微子物理研究的发展方向,并且与宇宙中‘反物质消失之谜’有关。”曹俊说。

  由于科学意义重大,国际上曾先后提出了8个实验方案。由我国科学家提出的大亚湾实验方案得到了包括美国能源部的广泛支持,该实验成为中美在基础研究领域规模最大的合作之一,也是美国能源部在国外投资第二大的粒子物理实验项目。

  为什么要选择大亚湾建立实验室?据曹俊介绍,大亚湾实验地理位置优越,紧邻世界上最大的核反应堆群之一,并且紧邻高山,非常适合对θ13进行精确测量。它通过8个全同的探测器来获取数据,探测器放置在附近山底下的3个地下实验大厅中。

  距大亚湾反应堆360米的一号实验大厅最早开始投入运行;距岭澳反应堆约500米的二号大厅今年秋天将开始运行,最远的三号大厅,离核反应堆群约两公里,也会在2012年开始取数工作。

  此外,实验大厅位于深山底下,以屏蔽宇宙线,同时,探测器放置在水池中,以屏蔽周围岩石层的放射性。尽管有这些屏蔽,一些高能量的宇宙线依然可以穿山而入。这时,装在水池墙上的光电倍增管和水池顶上的μ子探测器会记录下这些宇宙线的轨迹,并将其排除出中微子数据。

  “从大亚湾获取的第一批数据使我们可以开始测量这个未知混合角,并最终将振荡幅度测量至1%的精度以内。”来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的大亚湾合作组发言人陆锦标说,“这个精度比现在的测量结果高出一个数量级,而且远比正在进行的其它实验精确得多。实验结果将对解释中微子在宇宙大爆炸后最早的一段时期内基本物质的演化,以及为什么今天宇宙中物质比反物质更多,做出重大贡献。”

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能否揭开反物质消失之谜?

  根据大爆炸理论和粒子物理理论,宇宙起源于大约137亿年前的一次大爆炸。在宇宙诞生之初,能量转化为同样多的正物质与反物质,这两种物质相遇会发生剧烈爆炸,转化为能量,并归于湮灭。“可是目前宇宙中的天体均为正物质,没有发现反物质天体,也没有观测到正反物质相遇时发生的猛烈爆炸。人们推测是正反物质衰变率的微小差别,使正物质多于反物质。”曹俊告诉记者。

  他进一步解释道,实验中就是去探测粒子的CP破坏现象。CP破坏程度越大,正物质衰变率与反物质衰变率相差越大。在基本粒子的夸克部分首先观察到了CP破坏现象,但上千名科学家经过10年研究得出一致的结论:测量结果与宇宙中物质的实际结果差了100亿倍,破坏程度远不足以解释为什么现在还有这么多正物质存在。

  “中微子振荡现象的发现为解开正反物质之谜带来了新的希望,其参数矩阵中的最后一个参数——CP相位角或许将最终揭开谜底。”曹俊说,“如果CP相位角是零的话,那就意味着物质与反物质的衰变速度是一样的,即现在物质和反物质还应该是一样多,反物质必然隐藏在我们尚未找到的某个地方。如果不为零,反物质很可能已经衰变掉了,我们再也没有可能找到‘反物质世界’了。”

  然而,要测量第6个参数——CP相位角,除了已经测量完成的4个参数之外,第5个参数——θ13数值的测量将是绕不过去的一个坎。“如果θ13混合角数值大于0.01,那么我们揭开‘反物质丢失之谜’仅剩最后一个参数。如果这一数值小于0.01,那么最后一个参数将难以测量。”曹俊说。
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-9-18 20:48 | 显示全部楼层
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丁肇中在东南大学演讲
2011年09月18日  南京晨报

  亲切、低调、直率、睿智。昨天下午,诺贝尔物理学奖获得者丁肇中先生来到东南大学,为学生们进行了一场主题为“AMS的研究进展”的精彩演讲。虽然AMS凝聚了丁先生十几年的心血,但在演讲中看不到任何浮夸和炫耀,所有的陈述简短、严谨。而在回答学生问题的时候,丁老一如既往地保持着他的坦承,绝不说半句套话空话。“没意义的事,我不会考虑。”一句简短有力的话,丁老的率真个性显露无遗。

  印象一:亲切

  “我回南昌路小学,学校没把成绩单给我”

  昨天下午,东大礼堂座无虚席,边上的过道也站满了人。“树高千丈,落叶归根,我是树高一丈,也落叶归根。”丁肇中简单的开场白,一下子拉近了这位世界著名科学家与学生们的距离。

  原来,这位科学家跟南京还是有不少的渊源。丁肇中回忆说,他在10岁左右的时候,曾在南京的南昌路小学就读,虽然当时兵荒马乱,但还是为他打下了坚实的基础。不过,回忆这段经历,丁肇中却用很幽默的话语说道:“几年前我跟夫人曾经回过南昌路小学,但没有把我当年的成绩单拿出来,估计是他们藏着,不愿意给我。”

  而在报告会前,与东南大学校长易红的交流中,丁肇中惦记起几年前在溧阳天目湖吃的鱼头来,“我还跟朱师傅合过影。”朱师傅是烧制天目湖鱼头最正宗的大厨了。而据易红校长回忆,天目湖宾馆的朱师傅跟丁肇中合影后,还把照片挂在了宾馆里。但可惜的是,丁肇中在南京的行程非常紧凑,根本挤不出时间去品尝这道美味。

  印象二:睿智

  少数人把多数人的观念推翻,科学才能发展

  从事科学研究数十载,丁肇中对于“什么是科学”有着深入的思考。他认为,科学就是多数服从少数,只有少数人把多数人的观念推翻以后,科学才能向前发展。因此,专家评审并不是绝对有用的,因为专家评审是依靠现有的知识,而科学的进展是推翻现有的知识。

  谈到枯燥抽象的自然科学研究,丁老感触尤深。他说,自然科学研究是满足人类的好奇心,研究的发现往往过了一段时间以后才能改变人类的生活。如X光、电子、量子力学、核物理等,但在当时没有人能想到它们今天对人类的重要性。基础研究有时候因为它远离日常生活而受到责难。只有在一段时间以后,基础研究的应用成熟了,公众对奇怪的新现象熟悉了,基础研究才看上去比较“实际”。

  有学生问:“提高科学素养是否比掌握科学知识更重要?”丁肇中简洁有力地回答:“做科学,尤其是做最前沿的科学,最重要的是兴趣,其他事情都是次要的,只有这样才会成功。”

  印象三:低调

  世界级难题如何解决,一句话没提

  丁肇中从上个世纪90年代开始,领导开展阿尔法磁谱仪(简称AMS)实验,目的是捕捉外太空的反物质和暗物质,以证实宇宙起源于大爆炸的理论。这项浩大的工程总共汇集了15个国家和地区的60所著名大学和研究机构的600余位科学家,历时近20年、花费20亿美元才得以研制成功。

  这是目前世界上最前沿的物理科学,但丁肇中却讲述得非常平淡、简单。“这是正在装载仪器”、“这是航天飞机归来”……丁老语调平静,话语简短,每一句话都是客观讲述阿尔法磁谱仪的诞生及运送过程。但在平静的语调中,分明能感到他对这项事业的热爱。

  在谈到一项核心技术时,丁肇中仍然轻描淡写。他说,无论什么样的磁铁,总是一头指南,一头指北。磁铁放入航天飞机后,这样的指向就会扰乱航天飞机的航行。这个难题困扰了世界40年。但后来,他们在研究过程中把这个问题很简单地解决了。

  这个世界难题是如何解决的?丁老并没有说。直到一位女生提问,他才用了很简短但很形象的一句话来回答:“科学家把两块磁铁放在一起,本来一个向左转,一个向右转,两个加起来不就不转了吗?”如此简单的讲述,立即引来了学生们的如雷掌声。
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-9-19 16:15 | 显示全部楼层
丁肇中:20年后我们能“触”到宇宙的边
2011年09月19日   扬子晚报
蔡蕴琦

   [导读]诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授在东南大学向的名师生揭秘了阿尔法磁谱仪2的升空与运行的内幕。20年后,数据将累计至3000亿个。这就意味着探测器的“触角”将延伸至可见宇宙的边缘


 昨天(9月17日),诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授走进东大讲坛,简单、温馨的开场白,一下子拉近了丁肇中教授与东大学子的距离。一贯严谨的他走到学生当中,像变了个人似的,丁肇中教授向到场的500多名师生揭秘了阿尔法磁谱仪2的升空与运行的内幕,言语却格外风趣幽默,近一个小时的演讲和互动把同学们逗乐了十多次。
  

  【忆南京往事】
          ... ... ...

  【说“奋进”号升空】

  一趟空间飞行花掉7.5吨黄金
  2011年5月16日,美国“奋进”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,把阿尔法磁谱仪2(AMS—02)送入国际空间站。“这就是阿尔法磁谱仪2。”丁肇中教授用一张图片揭开AMS—02的真面目。“它看上去像个超级大圆筒。”记者身边有学生小声议论着。“AMS-02探测器总重量为7.5吨,但把它送入国际空间站的航天飞机重达2008吨,而这一趟空间飞行的花费大约等于7.5吨黄金的价格。”这时大屏幕上跳出另一照片,“这就是送AMS-02上天的6名宇航员,前面四位都是空军的少校,或者海军的少校。”接着,丁肇中话锋一转,指着后面两位宇航员说:“这两位跟我一样,都是最没用的物理学家。”自嘲式的语言立即引来了笑声和掌声。

  丁肇中教授还透露了一个细节:在奋进号航天飞机升空之前,他让所有的工作人员离开,而自己一个人坐在飞机里面,慢慢思考:有什么不足的地方、有什么还有疑虑的地方……因为任何的疏忽都有可能功亏一篑。想了很久,没有找到任何问题,丁肇中才放心离开。

  二十年后能“触”宇宙的边

  丁肇中说,我们现在看见的物质都是明物质,明物质只占整个宇宙的十分之一。通过实验,人类已经发现了暗物质,但还没有在宇宙中发现。而寻找反物质的目标是为了证明宇宙是否起源于大爆炸。因为根据这一理论,大爆炸之后,应该会产生相同数量的物质与反物质,如果找不到反物质,也就意味着大爆炸理论是错误的。

  从5月19日开始,安装在国际太空站的阿尔法磁谱仪2已经正常工作,它将在上面工作数十年。仅仅工作三天后,这台磁谱仪就发现了所有我们已经掌握的物质。“在安装到空间站四个半小时后,探测器就开始接收数据。这三个多月以来,AMS-02探测器已经收集到近50亿个宇宙线数据,多于过去100年全球科学家收集到宇宙线总数。”丁肇中教授认为,如果探测器运行正常,20年后,数据将累计至3000亿个。这就意味着探测器的“触角”将延伸至可见宇宙的边缘。

  数据从太空到东大只需一秒

  在ATM-02升空后,丁肇中教授把国内首场主题讲座选在东南大学举行,主要原因在于东南大学是第一个参加AMS-02实验的中国高校,东南大学在项目中主要承担的一项任务是地面数据处理系统。磁谱仪在空间站运行过程中,会产生大量的数据,传输到美国国家航空航天局(NASA),再由NASA传输到位于日内瓦的欧洲核子研究中心。接收到NASA的数据后,研究中心会把数据传输到东南大学,进行最终的分析。探测器收集的数据如何到达东南大学?丁肇中教授告诉大家,数据在传输过程中虽然需要中转三、四站,但用时只需不到一秒。“由于整个数据传输过程都是以光速进行,所以,收集的数据从国际空间站到达东南大学只要不到一秒钟时间。”丁肇中教授说。“第一批数据已经到达了东南大学。”反物质和暗物质到底能否发现,都将取决于这个数据分析平台。东南大学的云计算中心将在一个月后正式启动

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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-11-24 16:08 | 显示全部楼层
费米望远镜证实宇宙存在相当多的反物质
2011年11月23日

    2008年,意大利卫星PAMELA捕捉到了一次不同寻常的信号:反物质粒子飞过太空留下的脉冲。这项发现当时引起了争议,它引发了暗物质的推测。暗物质占据了宇宙物质的85%。现在,NASA费米伽马射线望远镜的数据证实宇宙存在相对丰富的反物质。报告发表在预印本网站,已递交到《物理评论快报》。物理学理论认为,暗物质碰撞能创造大量的反物质,发现的反物质粒子有可能来自暗物质粒子的碰撞。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-12-20 19:52 | 显示全部楼层
不寻常信号带来的惊喜:宇宙中的过量反物质
2011年12月19日  科技日报  张梦然

  [导读]美国国家航空航天局(NASA)的费米伽马射线天文望远镜以最新数据证实了宇宙存在着过量的反物质。


    据美国《科学》杂志在线版近日报道,美国国家航空航天局(NASA)的费米伽马射线天文望远镜以最新数据证实了宇宙存在着过量的反物质。本次结果是在2008年PAMELA(反物质探测和轻核天体物理载荷)卫星捕捉的一次非同寻常的反物质信号的基础上完成的。天文学家评价称,其不啻为一项物理学领域的重要发现,亦是天文观测的一大壮举。

同时,因该结果背后的研究原理,亦有极大可能确认了此信号对于暗物质的意义,并将作为一个罕见的暗物质标志,进一步揭示暗物质的本质。目前,相关研究论文已递交到《物理评论快报》。

暗物质与反物质的“纠结”

2008年,意大利、德国、俄罗斯和瑞典等国科学家们的联合航天行动项目卫星PAMELA捕捉到了一次不同寻常的信号,那就是反物质粒子飞过太空留下的脉冲。该发现在当时引起巨大争议,因为,它被认为可能与暗物质的存在和直接证明息息相关。

这是反物质与暗物质之间复杂纠结的关系。

尽管,听起来都是很“黑暗神秘”那一系的,但暗物质可不是反物质。如今公认的原理是,暗物质占据了全部宇宙物质的85%,但人们却从未直接观测到过它(甚至不知它究竟是以粒子形式呈现还是处于人类尚未知晓的状态);而反物质的世界与物质世界就像蝴蝶一对飞翼,只不过反物质这部分却一直“隐匿”。

因此,人们可以这样说:暗物质现在在宇宙中有很多,但我们却不知道它是什么;而反物质我们相对了解,可是现在的宇宙中却没有很多。

在这些微乎其微中,最早被人们发现的反物质就是正电子,而在所有反粒子中,最容易获得的也是正电子。

因此,尽管正电子信号可能具有各种生成来源,但目前最主要的候选源就是暗物质。如果这种奇异的粒子形式作为暗物质残骸遗迹的推测能被证实,这必然成为是一个极其难得的、不通过万有引力而看到的暗物质证据,或可通过它来揭示暗物质的存在与构成。

PAMELA和费米带来的激动

PAMELA负载卫星于2006年升空,科学目标就是试图发现正电子数量超过预期,证明其与暗物质的理论相吻合。

理论界普遍认为,两个暗物质粒子碰撞后湮灭,会产生普通的物质粒子,如电子和它的孪生兄弟正电子,而电子—正电子系统也最适合研究普通物质与反物质的结合。在碰撞湮灭过程中所释放出来的能量,可以根据爱因斯坦的质能方程算出E=mc2算出,即这些粒子的能量,基本上等于原来的暗物质粒子的质量乘以光速的平方。

当年,PAMELA卫星探测到正电子尖状物通过特定的能谱冲向大量电子时,物理学家们激动不已,但彼时还不能确定这就是暗物质粒子湮灭的证据,科学家们还必须排除产生这些正电子的其他可能——譬如脉冲星和中子星。

此次,美国斯坦福大学物理学家根据PAMELA卫星2008年的观测结果瞄准并校正那个正电子信号。他们利用的方法是,使用地球本身作为一个粒子过滤器,从而在只有电子或只有正电子通过地球磁场时去观察。

研究结果表明,正电子相对丰度上升至200亿至1000亿电子伏特,且可继续增强至2000亿电子伏特,这是人们首次发现的现象。而正电子信号作为暗物质的遗迹,弱相互作用粒子(WIMP)的质量将至少是质子的100倍,而NASA的费米望远镜得到的宇宙射线光谱数据,提供了计算弱相互作用粒子质量的可能。结论正在许多理论预测范围内,研究人员最终证实了PAMELA卫星的结果。

暗物质与反物质的未来

哈佛大学的物理学家道格·芬克百纳指出,尽管确认数据是否为暗物质的直接证据还言之尚早,但天文学家们震惊地发现,正电子信号会在更高的能量下增强,且很可能已超越了费米望远镜的测量范畴。芝加哥大学宇宙学家迈克尔·特纳则表示,确认正电子数量的上升,意味着人类对宇宙的又一大发现。

而为了寻找更加毫无疑问的证据,现在要依靠另一个探测器——由丁肇中领导、耗资22亿美元研制的“阿尔法磁谱仪2”(AMS-02)。这台被称为“科学的未来”的强大仪器已于今年5月发送到了国际空间站,其巨型磁铁将用于解析宇宙射线,探测正电子的过量和骤降,那是远比费米望远镜更高的能量探测范畴。

如芬克百纳所说,AMS-02将对这场神秘的暗物质与反物质谜案,作出“结案陈词”。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-1-31 17:28 | 显示全部楼层
反物质原子有望解决反重力问题
2012年01月31日  科技日报

  本报讯 据英国广播公司(BBC)近日报道,普通物质能吸引宇宙中所有其他物质,但普通物质的另一半反物质会向其施加“反重力”还是排斥力一直是个未解之谜。现在,美国科学家在《物理评论快报》杂志发表论文指出,他们已经准备好了稳定的电子和正电子(电子的反物质)对,希冀借此揭开“反重力”的谜团。

  物理学领域的每个粒子都有一个与之相对应的反粒子,两者的质量、寿命、自旋都相同,但反粒子的所有内部相加性量子数(如电荷、重子数、奇异数等)都与粒子大小相同、符号相反。如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。

  现有物理学认为,宇宙诞生伊始曾经产生了等量的物质与反物质,但是,两者一旦接触便会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。然而,出于某种原因,当今世界主要由物质构成。正反物质的不对称疑团,是物理学界所面临的一大挑战。

  让物质与反物质区别开来的一个特征是反物质的重力行为。大多数科学家认为,反物质被吸引到普通物质上。但也有一些科学家认为,反物质可能排斥物质。物质与反物质之间究竟是吸引力还是排斥力对于了解宇宙的起源具有重要的意义,它也有助于解释为什么宇宙现在膨胀的速度越来越快。现在,加州大学河滨分校的科学家们正在试图解决这一问题,并且离目标越来越近。

  他们已经制造出电子—正电子对,电子和正电子都位于对方稳定的轨道周围,这样,就得到了电子偶素。由于电子和正电子最终会湮灭产生光子,因此,电子偶素的半衰期很短。有鉴于此,他们想方设法让这些电子和正电子对不会相互湮灭,也不会通过朝其中注入能量制造出所谓的“里德堡态”。里德堡态指的是原子或分子的一种状态。在该状态下,原子或分子中的一个电子被激发到主量子数较高的轨道。

  像汽车测试轨道的车道一样,粒子如果到达更高的能量状态,就会移入其反粒子周围不同的轨道内,而且,这些移入新轨道的里德堡电子偶数原子会被持续加速到高能状态,持续时间为十亿分之三秒。

  该研究团队希望能扩展这一方法,准备一束人造原子,让持续时间高达千分之几秒,同时观察它们落下的方式,以此来研究物质和反物质之间的相互作用力。
yy1129 发表于 2012-3-8 16:55 | 显示全部楼层
新华社快讯:大亚湾中微子实验国际合作组8日宣布发现新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。这将对中微子物理未来发展起决定性作用,并有助破解宇宙中“反物质消失之谜”。

点评

看来成果不小.  发表于 2012-3-8 17:20
yy1129 发表于 2012-3-9 09:22 | 显示全部楼层
大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡 有助破解“反物质消失之谜”
    新华社北京3月8日电(记者吴晶晶、许林贵)大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳8日在北京宣布,大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。这一重要成果是对物质世界基本规律的一项新的认识,对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用,并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”。
   “大亚湾实验的结果具有极为重要的科学意义。它不仅使我们更深入了解了中微子的基本特性,也决定了我们是否能够进行下一代中微子实验,以理解宇宙中物质-反物质不对称现象,即宇宙中‘反物质消失之谜’。”中国高能物理学会理事长赵光达院士说。
    据介绍,中微子是一种极难被探测到的基本粒子,在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中都极为重要。中微子共有三种类型,它可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型,称为中微子振荡
    中微子的前两种振荡模式即“太阳中微子之谜”和“大气中微子之谜”已被实验证实,其发现者凭此获得了2002年诺贝尔奖,但第三种振荡则一直未被发现,甚至有理论预言其根本不存在。
    由于科学意义重大,国际上先后有7个国家提出了8个实验方案,最终进入建设阶段的共有3个。中国科学院高能物理研究所的科研人员2003年提出设想,利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子,来寻找中微子的第三种振荡,并提出了实验和探测器设计的总体方案。
    由于这一方案具有独特的地理优势和独到的设计,得到了国际上的广泛支持,目前汇集了来自中国大陆、美国、俄罗斯、捷克、中国香港和中国台湾等6个国家和地区的200多名科学家共同参与。
   据介绍,大亚湾实验是一个中微子“消失”的实验,它通过分布在三个实验大厅的8个全同的探测器来获取数据。每个探测器为直径5米、高5米的圆柱形,装满透明的液体闪烁体,总重110吨。周围紧邻的核反应堆产生海量的电子反中微子,近点实验大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量,而远点实验大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。
    在2011年12月24日至2012年2月17日的实验中,科研人员使用了6个中微子探测器,完成了实验数据的获取、质量检查、刻度、修正和数据分析。结果表明中微子第三种振荡几率为9.2%,误差为1.7%,从而首次发现了这种新的中微子振荡模式
    大亚湾中微子项目是中国基础科学领域最大的国际合作项目,也是美国能源部基础研究领域对外投资第二大的国际合作。“大亚湾中微子实验项目对于加强基础研究领域的国际合作、提高中国在该领域的原始性创新能力都具有十分重要的意义。”中科院院长白春礼说。

点评

如果这玩意在战争时期遭到空袭,会不会导致反物质外泄造成巨大毁灭性后果……  发表于 2012-3-11 09:17
yy1129 发表于 2012-3-9 11:24 | 显示全部楼层
欧洲核子研究中心首次测量反氢原子光谱
       新华社日内瓦3月8日电(记者吴陈  刘洋)欧洲核子研究中心反氢激光物理装置项目组在新一期《自然》杂志发表论文说,他们对反氢原子光谱进行了首次测量。据称,这是继该小组去年成功长时间束缚反氢原子之后,在研究反物质原子道路上又迈出的重要一步。
       据介绍,研究人员用精密的磁场“陷阱”捕获反氢原子,然后用精确设定频率的微波照射它们,使其磁力方向反转,从而将反氢原子从“陷阱”中释放出来。反氢原子和氢原子碰撞湮灭后,会在“陷阱”周围的粒子探测器中留下特有印记。
       反氢激光物理装置项目组发言人杰弗里·杭斯特说:“我们证明了我们可以探测反氢原子的内部结构,这令人非常激动。现在看来通过设计实验精确测量反氢原子是可能的。”物理学基本原理认为反氢原子和氢原子的光谱应该是一样的,而测量反氢原子光谱是该项目的最终目标。
       在宇宙大爆炸时期,物质和反物质可能是等量存在的。而人们如今生活的宇宙则看起来全部由物质组成,所有的反物质都似乎消失了。如果反氢原子可以被精确研究,这将有助于了解宇宙的奥秘。
长芦 发表于 2012-3-14 21:03 | 显示全部楼层
谢谢科普.
----
两个接近光速的金原子核对撞,会模拟出宇宙诞生时的那一声“啼哭”——产生大约等量的正物质和反物质。

----这里指的宇宙诞生时的状态...是假定还是已经证明的确是这样?
bestman2010 发表于 2012-3-17 16:51 | 显示全部楼层
是不是可以下定义:鬼没有质量,也不受万有引力影响呢
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