探测宇宙反物质

在空间中直接探测宇宙反物质是一个有根本重要性的科学课题。本文评述了探测宇宙反物质的实验现况及其前景。     

为什么宇宙中的物质与反物质不等量

宇宙学家认为在大爆炸 中产生了相等数量的物质与反物质。如果物质与反 物质粒子是严格地彼此相反的,它们应该已经发生 湮灭而只剩下光子。然而,我们的宇宙是以物质为 主的,这意味着大爆炸之后物质与反物质经历了不 同的过程。为说明这种过剩的物质,粒子物理的标 准模型预言,物质和反物质的衰变速率略有不同。 这种被称做电荷-宇称破坏(CP violation)的效应是     

国际空间站超导磁铁将捕获宇宙反物质

据俄罗斯国立莫斯科大学核物理科学研究所所长米哈伊尔·帕纳修克宣布，国际空间站正在安装超导磁铁，科学家希望借助于它“捕获”暗物质、反物质和宇宙射线。     

为什么宇宙中的物质与反物质不等量

 宇宙学家认为在大爆炸中产生了相等数量的物质与反物质。如果物质与反物质粒子是严格地彼此相反的,它们应该已经发生湮灭而只剩下光子。然而,我们的宇宙是以物质为主的,这意味着大爆炸之后物质与反物质经历了不同的过程。为说明这种过剩的物质,粒子物理的标准模型预言,物质和反物质的衰变速率略有不同。     

黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来

一、黑洞 现在已有越来越多的证据证实黑洞的存在,那么黑洞是怎么产生的呢？一是宇宙形成时就产生了一些黑洞,再就是恒星的坍缩产物中有一种是黑洞．大恒星的坍缩产物就是黑洞．现在间接观测和推断的结论是：不仅各大星系中都有黑洞,而且在某些星系中心也都有一个大黑洞． 二、暗物质 所谓暗物质就是不能用光学方法直接探测到的物质．理论上认为,暗物质本身既不发光,又不与光发生作用（比如,它不反射光）,只存在万有引力．按现有的天体物理理论计算暗物质占整个宇宙质量的９０％．而我们能观测到的各星系质量仅占整个宇宙质量的１０…     

费米实验室探测到物质与反物质之间的跃迁

宇宙学家相信，在大爆炸过程中产生的物质与反物质是等量的．但是如果物质与反物质粒子是彼此严格相反的，那么它们将已经湮灭而只剩下光子了．这种情况并没有发生，这就是为什么宇宙中的物质比反物质多的多．     

反粒子·反物质·反物质武器

反粒子的发现是现代物理学的一项重大成就。在微观物理研究领域,每个粒子都存在着它的反粒子。据此,人们推测在宏观或宇观世界,应存在着由反质子、反中子和正电子构成的反物质。下面简要介绍反粒子、反物质与反物质武器的有关问题。一、反粒子1928年,英国理论物理学家狄拉克(Paul Adri-en Maurice Dirac,1902~1984)提出了一个关于电子运动的相对论性量子力学理论,建立了著名的狄拉克方程。该方程给出了氢原子能级的精细结构,还可以很好地说明高速运动电子的许多重要性质,如电子的自旋量子数为1/2、电子自旋磁矩与自旋角动量和轨道角动量的…     

反物质磁谱仪

最近,欧洲和美国的一些科学家,在丁肇中先生的领导下,研制了一台新的反物质磁谱仪（简称ＡＭＳ）．它把当前带电粒子探测灵敏度提高了大约４个数量级,它将工作在外层空间．本人在意大利ＩＮＦＮ,Ｐｅｒｕｇａ实验室参加了这一工程,ＡＭＳ样机已完工,正在美国进行统调． 地球上的人,一直在观察来自太空的粒子,特别是光子（光射线、无线电波等）,研制了很多探测器,它们有的在地球表面工作,有的在太空工作,已经导致了许多重要的发现,对研究宇宙的起源和结构起了很大的作用．然而,对来自空间的带电粒子的精确测量是十分困难的,…     

宇宙起源与阿里原初引力波探测

20世纪建立起的宇宙大爆炸模型取得了巨大的成功,但仍期待着新的革命性的突破。探知宇宙起源及其演化是新世纪对全世界科学家的新挑战,其重要性在近期公布的中国“十三五”规划纲要中得到了高度的肯定。现代宇宙学理论,暴胀以及非奇异宇宙模型如反弹等,预言了原初引力波的存在,但至今还没有被实验证实。不同于近期LIGO合作组探测到的黑洞引力波,原初引力波是宇宙诞生时期产生的,携带着丰富的宇宙学信息,是引力波探测的全新波段,是引力波探测的下一个突破方向。文章简述了中国的阿里原初引力波实验计划及相关的科学问题。     

探测宇宙原初氢原子的重新电离

在宇宙大爆炸的40万年之后,宇宙的充分冷却使得原初氢原子得以形成,这些氢原子充满了早期的宇宙.再经过数亿年,第一批恒星以及星系形成,它们产生紫外辐射,进而将原初氢原子电离成电子和质子.这一过程被称为重新电离,标志着成年宇宙的一次相变.相变何时产生?持续的时间有多长?     

霍金的开放宇宙新理论

２０世纪的天文观测表明，宇宙正处于膨胀的演化过程中．在时间上往过去反推，人们估计在１００多亿年前宇宙是处于极其紧致极其炽热的所谓大爆炸奇性的状态．宇宙的演化必须服从爱因斯坦引力场方程．但是不同的初始状态会导致不同的演化．大爆炸奇性从何而来或者宇宙从何...     

反粒子·反物质·反物质武器

 反粒子的发现是现代物理学的一项重大成就。在微观物理研究领域,每个粒子都存在着它的反粒子。据此,人们推测在宏观或宇观世界,应存在着由反质子、反中子和正电子构成的反物质。下面简要介绍反粒子、反物质与反物质武器的有关问题。一、反粒子1928年,英国理论物理学家狄拉克（PaulAdri-enMauriceDirac,1902～1984）提出了一个关于电子运动的相对论性量子力学理论,建立了著名的狄拉克方程。     

中国空间站高能宇宙辐射探测设施HERD

<正>过去的一个世纪人类对自然的认识发生了深刻的变化,相对论和量子力学建立起来并成为描述物质运动的最基本的物理规律。随着技术手段的飞速进步,人类对组成物质的基本粒子的研究以及对宏观宇宙的观测都取得了重大的进展,发现在最小的微观尺度和目前人类观测到的最大尺度上相对论和量子力学都仍然成立,     

宇宙中的光子数、重子数、及反重子数

在粒子物理与宇宙学二者的结合上,近年已经取得了颇有意义的进展。重子不对称和重子光子数比的起源可以用大统一理论加以解释。由B、C及CP破坏的相互作用可以说明为什么初始重子对称的宇宙能演化成不对称的。目前观测到的重子光子数比10~(-9)可能是由极早期宇宙中的超重玻色子的衰变产生的,在这种衰变中C及CP是破坏的。尽管衰变解释是吸引入的,但它的具体预言很强地依赖于超重玻色子的质量,以致其数值尚不确定。因此。为了进一步考查衰变模型的合理性,至少还要研究其他的可能有影响的过程。在这个意义下,本文还讨论了宇宙早期中的Higgs相变对重子光子比的影响。     

认识和探测宇宙的基本方法介绍

人类对宇宙最早的认识和观测始于可见光,之后由于有1865年麦克斯韦对电磁波的预言,1887年赫兹的证实,以及1933年杨斯基发现银河系的射电辐射,可见光观测自此扩展到电磁波多波段观测,出现了多波段天文学。1912年,赫斯发现宇宙线,使得天文观测在电磁波观测之外多了一种手段,拉开了多信使天文学的序幕。1987年,戴维斯和小柴昌俊发现了来自超新星爆发的中微子信号,这也是人类首次探测到了来自宇宙的中微子,至此又多了一种认识和观测宇宙的信使。此后,2016年美国激光干涉引力波观测站LIGO探测到引力波,在补齐对于验证爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图的同时,也使得引力波成为多信使天文学中最新引入的一种信使。本文介绍了电磁波、宇宙线、中微子、引力波这四种信使的基本概念、发现历史以及探测宇宙的基本原理,对其代表性的实验进行了收集整理,并就其中的一个典型实验进行了简要介绍。期望能够就多波段多信使天文学的发展历程给出一个比较完整的描摹。     

反物质与反氢原子

 1996年1月,欧洲核子研究中心庆祝在一次实验中合成了11个反氢原子,人类第一次真正看到了反物质原子.1996年底,美国报道位于美国伊利诺州巴达维亚的费米国家实验室也制成了7个反氢原子.反氢原子的制造成功打开了反物质研究的大门.     

反物质在哪里?

高能物理（粒子物理）研究中最引人注目的两个特征是：（１）正反粒子的对等存在;（２）粒子间的相互转化．例如有负电子（ｅ－）,它的反粒子便是正电子（ｅ＋）,它们质量相等,电荷相反,都是稳定的,但碰到一起时,便可能会“湮没”,变为一对光子：ｅ＋＋ｅ－→γ１...