Fw: [爆卦] CERN公布反物質重力實驗的結果

看板ScienceNote作者jfsu (水精靈)時間2年前 (2022/01/18 21:58)推噓3(3推 0噓 0→)

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※ [本文轉錄自 Gossiping 看板 #1Xu3TNEb ] 作者: jfsu (水精靈) 看板: Gossiping 標題: Re: [爆卦] CERN公布反物質重力實驗的結果時間: Thu Jan 13 22:29:38 2022 ※ 引述《jackliao1990 (j)》之銘言： : https://tinyurl.com/46zca7hv : 反物質除了內部相加性量子數（如電荷、重子數、奇異數等）相反之外,其他屬性都與正物 : 質相似。標準理論認為:宇宙大爆炸之初,正反物質的數量應該相等。然而現今宇宙中的正 : 物質卻遠多於反物質,因此科學家想知道反物質為何消失。 : 為了解答該謎題,科學家想看看正反物質對宇宙基本作用力的反應是否有差異-因為該差異 : 跟反物質的消失有關。 : 科學家在CERN的反物質工廠進行了18個月的重力實驗,結果顯示:物質和反物質粒子對重力 : 的反應97%相同，實驗比以往精確4倍。 : 反物質一碰到正物質就會與之相互湮滅,因此CERN過去幾年一直在改良反物質的儲存技術 : 。 : 他們將反質子和帶負電的氫離子放入潘寧離子阱。粒子一旦進入裝置中，就會遵循具有週 : 期性的軌跡。透過測量粒子的繞圈圈頻率，科學家算出它們的電荷-質量比。物質和反物 : 質粒子的荷質比理論上應該是相同的，任何不同都將歸因於它們跟重力的相互作用的差異 : 。 : 雖然結果顯示反物質會因為重力影響而向下墜落而不是向上竄，科學家仍將繼續尋找正反 : 物質的差異，因為這有助解答反物質消失之謎。反物質(Antimatter)是啥？1928年，英國理論物理學家狄拉克（Paul Dirac）將量子力學中的薛丁格波動方程（Schrodinger's wave equation）作了些許修正，把愛因斯坦的狹義相對論也涵蓋在內。當他以這個新方程式來求解自由電子時，發現那個赫赫有名的質量-能量互換公式：E=MC^2並非完全正確。實際上有正、負兩種能量狀態，也就是 E = ±MC^2。(正負號來自於對某個數值開根號的結果) 負能量意味著負質量，這讓科學家無法接受。為此，狄拉克提出「洞理論」(Hole theory）或稱為「空穴理論(想要研究這個理論的人推請自行google)來解釋這個結果。這個「洞」象徵著真空狀態失去了一個具有負能量、負質量與負電荷的電子。也就是說，它的行為與電子一模一樣，除了是帶相反的電荷，所以又叫做「反電子」 (又稱陽電子、反電子、正子)。狄拉克預測了反電子的存在，而且認為在真空狀態下，可以產生「反電子-電子對」，彼此也可以相互「湮沒（Annihilation）」。 1932年，美國物理學家安德生（Carl Anderson）發現了反電子的存在。這是第一顆發現的反粒子。在這之後，科學家發現每一個粒子都有一個反粒子的存在。反質子是在1955年在加速器中被製造出來，它帶的電荷為負，其餘的性質跟質子一樣。理論上，既然反電子、反質子都弄的出來，反原子也不是不可能(換句話說，反物質是存在的)，甚至是反人、反核、反骨、反同、反清復明都有可能！ ps.目前已經可以作出的反元素是反氫(Anti-Hydrogen)！這些反物質，其實已經被寫入電影中。電影達文西密碼之前傳：《天使與魔鬼》中，有個激進組織試圖用反物質炸彈摧毀梵蒂岡；他們知道物質與反物質接觸時會引發超級巨大的爆炸(物質與反物質接觸會產生102萬電子伏特的γ射線！先前文章提過， 1顆反物質炸彈所釋放的能量相當於 4,282,849,987,940個營養午餐(700大卡)，威力不是安佐哥的火燄發射器可以比擬。另外一個例子就是《阿凡達》。為了前往半人馬座alpha星，人類建造了長達1英里、使用混合反物質發動機的太空船。這篇文章開頭提過，「標準理論認為:宇宙大爆炸之初，正反物質的數量應該相等。然而現今宇宙中的正物質卻遠多於反物質，因此科學家想知道反物質為何消失。」在1950年代，當時的一位蘇聯科學家沙卡里巴(Andrei Sakaharov)，sorry，沙卡洛夫認為在大爆炸發生時，由於「CP不守恒」(charge-parity violation)所導致的不對稱，因而產生正反物質的數量上的差異。也就是說，在大爆炸之後，只有少許的物質殘留下來並形成了今日我們所看到的宇宙。一直到 1964 年，美國物理學家克羅寧(James Cronin)與瓦爾‧菲奇(Val Fitch)，首次在實驗中發現次原子粒子( K介子)出現 CP violation現象，科學家才開始相信反物質的消失可能與 CP violation有關。 Merry 阿彌陀佛！天佑宇宙！其實這是一件好事，不然，如果物質與反物質的數量一樣的話，那他們就會完全抵消，最終構成我們身上的原子便不復存在。先前說過，反粒子所帶的電荷與物質是相反的，但是，未攜帶電荷的粒子(像是光子或是重力子)的反物質就是自己。也就是說，重力與反重力都是指同一件事，所以處在重力的環境之下，反物質仍會往下落，而不是往上飄。至於，為何正反物質對宇宙基本作用力的反應差異跟反物質的消失有關，就請五樓解釋。再來說到保存。由於反物質一旦接觸物質會發生爆炸，所以它不能放在一般容器，好比你隨手拿個馬克杯說要裝反物質，這無異是個自殺之舉！要怎麼保存呢？方法之一就是將反物質『離子化』，再置入磁瓶中保存！美國科學家史密斯(Gerald Smith)，他研發了一種叫潘寧阱(Penning Trap)的東西，重量約100公斤，其中大部份是液態氦與液態氮（低溫下，反質子的波長是內壁原子的數倍，因此不會撞上內壁而自我毀滅），可以將一兆個反質子儲存在磁場中，理論上，這種儲存方式只有五天的保存期限。CERN的反質子儲存方式用的就是這種方法。十年前的反物質的年產量約，10^-9~ 10^-8克(十億分之一克～一億分之一克。)預計每年的產量約是三倍左右成長。至於生產成本，如果要生產一公克的反物質預計得花費數十萬~千萬兆美元，而且工廠要連續運作一億年！比血汗工廠還要血汗啊！ (這還不計算保存反物質的成本。) 更諷刺的是，若將世界上所有的實驗室產出的反物質全部加起來，再用物質破壞，產生的能量只夠讓一顆燈泡亮個幾分鐘。註: 七十年前，1942/12/02，鈾反應堆產生的動力也是只能點亮一顆小燈泡，但在3年之後，這玩意卻讓日本的長崎與廣島付出了慘重的代價。既然製造反物質那麼困難(目前是從對撞機產生)，產量也比日本製壓縮機還稀少，那麼我們是否可以去宇宙中找反物質呢？先前提過，物質與反物質接觸會產生102萬電子伏特的γ射線，只要偵測這個數值，搜尋宇宙中的γ射線，就有機會找到自然存在的反物質。可惜的是，目前仍是一無所獲。為什麼宇宙幾乎都是物質，而找不到反物質呢？對於這個問題，如果科學家們去台灣的街道上隨便捉個人問，他會得到這個答案：「是有多難找？我敢說那絕對比解決酒駕問題還簡單！」以上。參考書籍: 1.電影中的不可能物理學 2.wiki 3.穿越超時空 -- 對流血一週仍然不死的生物千萬不能大意……。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 42.76.135.100 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1642084183.A.3A5.html

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