科学探索|科学家找到实验室环境下创造反物质的简单新方法科学家找到实验室环境下创造

现代宇宙学的一些重要谜团都和反物质有关。但反物质很难被研究，这是因为它非常罕见，而且很难在实验室环境下产生。不过现在，一个物理学团队概述了一种创造反物质的简单新方法，通过向对方发射两个激光器来模拟中子星附近的条件，将光转化为物质和反物质。

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反物质（英语：antimatter）在粒子物理学中是反粒子概念的延伸(非物质)，反物质是由反粒子构成的，如同普通物质是由普通粒子所构成的。例如一颗反质子和一颗反电子〈正电子〉能形成一个反氢原子，如同电子和质子形成一般物质的氢原子。
物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭，且因而释放出高能光子（伽马射线）或是其他能量较低的正反粒子对。正反物质湮灭所造成的粒子，赋予的动能等同于原始正反物质对的动能，加上原物质静止质量与生成粒子静质量的差，后者通常占大部分。
这理论上应该在数十亿年前摧毁宇宙，但显然这没有发生。那么，物质是如何占据主导地位的？是什么让天平向它倾斜的？或者说，所有的反物质都去哪儿了？
但遗憾的是，反物质的稀缺性和不稳定性使它难以被研究以帮助回答这些问题。它在极端条件下自然产生，如雷击，或在黑洞和中子星附近，以及在大型强子对撞机等巨大设施中人工产生。
但是现在，研究人员已经设计了一种新的方法，可以在较小的实验室里生产反物质。虽然该团队还没有建造该设备，但模拟显示该原理是可行的。

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这个新设备涉及到向一个塑料块发射两个强大的激光器，一个从两侧以钳形运动的方式发射。这个块状物上将有纵横交错的微小通道，宽度仅有微米。当每个激光器击中目标时，它加速了材料中的电子云，并使它们射出--直到它们与另一个激光器射出的电子云碰撞。
模拟图像显示了等离子体（黑色和白色）的密度在被来自两侧的强大激光击中时如何变化。颜色代表它们碰撞时产生的不同能量的伽马辐射。
这种碰撞产生了大量的伽马射线，而且由于通道极其狭窄，光子也更有可能相互碰撞。这反过来又产生了物质和反物质，特别是电子和它们的反物质等价物--正电子的阵雨。最后，该系统周围的磁场将正电子集中到反物质束中，并将其加速到极高的能量。
这项研究的作者 Alexey Arefiev 说：“这种过程很可能发生在脉冲星的磁层中，即快速旋转的中子星的磁层。有了我们的新概念，这种现象可以在实验室中进行模拟，至少在某种程度上，这将使我们能够更好地理解它们” 。
该团队表示，新技术非常高效，产生的正电子比单一激光器多10万倍，而且输入的激光器一开始就不需要那么强大。由此产生的反物质光束可以在仅仅50微米的空间内达到1千兆电子伏特（GeV）的能量，这通常需要大型粒子加速器。
【科学探索|科学家找到实验室环境下创造反物质的简单新方法】该研究发表在《Communications Physics》杂志上。
资料来源：Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf