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反物质的探索与科学课题 1 负能电子真空模型 “物理真空”是指没有实体颗粒、同时存在最低值空间状态的空间状态。首先，物理真空是一个充满质量和能量的电子海。其次，只要电子正态电子获得足够的能量，就不能转移到负能源电子。科学官员在这种物理真空模型的基础上取得了巨大的成果。 2 物理真空模型的提出对物理发展的贡献 2.1 真空电子的存 1928年狄拉克建立一个相对论性电子运动方程, 这个方程除了得出电子磁矩等于一个玻尔兹子以及成功地解释了氢原子能谱外, 还预言了反粒子的存在. 狄拉克认为, 应当把真空看作为所有能态电子填满的状态.根据泡利原理, 这时正能电子不可能跃迁到负能态上去.然而, 如果有足够的能量传递给这些负能态中的电子, 它们就有可能跃迁到空着的正能态上来, 原来负能态填充的状态相当于真空, 因为失去一个电子, 留下来的空穴就相当于出现一个正能粒子.除了电荷为正, 磁矩与电子相反以外, 这个粒子的质量、自旋, 以及其它的一些性质均与电子一致.那么这个粒子可以称之为反电子或正电子.这就预言了反粒子的存在.这一预言在1932年被安德孙和尼德迈耶所证实. 2.2 反质子的发现和发现 1955年美国物理学家塞格雷与张伯伦、威甘德、伊普西兰蒂斯一起, 利用伯克利高能质子同步稳相加速器成功地产生了反质子, 由于反质子的质量是电子质量的1836倍, 寻找它所用的能量远比产生正电子的能量大得多, 所以寻找反质子的工作整整花费了十多年的时间.1959年塞格雷与张伯伦由于发现反质子, 从而获得了诺贝尔物理学奖. 3 从物理真空概念引起的物理科学问题 3.1 合成反物质的研究 当反电子、反中子、反质子被发现后, 人们就在想, 世界上是否能存在反物质.从而诞生了探索反物质的科学课题.在探索反物质世界的过程中, 人们坚持两条途径.其一是探索宇宙当中是否存在反物质.其二是能否人工合成反物质.为了探测宇宙中的反物质的信息, 美籍华裔物理学家丁肇中主持研制的α—磁谱仪于1998年6月3日在美国肯尼迪航天中心用发现者号航天飞机送入太空, 关于人工合成反物质的研究已取得一定的进展.根据理论物理学家的预测, 如果要使一个反电子和反质子结合成氢的反物质, 即反氢, 这些粒了的能量必须降低到低于千分之一电子伏的极低能量.这就必须设法发展降低反粒子能量的技术.美国哈佛大学加布里斯顿“反物质”实验小组在进入90年代以后, 把反质子能量降低到万分之三电子伏, 已达到组成反物质的低能量标准. 3.2 利用质量联合来破缺 1956年, 李政道, 杨振宁首先提出宇称对称在弱相互作用下是破缺的, 即宇称不守恒规律.1964年人们又发现宇称和电荷共轭联合也是破缺的.人们认为这些破缺的机制是黑格斯机制, 或称为真空对称性自发破缺机制.在弱电统一理论的模型下, 通过引入真空对称性自发破缺机制, 预言了玻色子质量的存在和大小以及中性标量粒子, 即黑格斯粒子的存在.在这两点预言中, 玻色子的质量已为实验所证实, 并因此获得了1984年的诺贝尔物理学奖.但黑格斯粒子仍没有找到, 寻找黑格斯粒子仍是当前物理学界的一项科研难题. 3.3 物理真空的本质 到1995年止, 高能物理实验发现强子的夸克有6种, 即上夸克u、下夸克d、和奇异夸克s以及粲夸克c, 底夸克b, 顶夸克t.但至今科学家们在实验中也没有找到自由夸克.人们对这一难题的解决, 已经做了很多尝试, 一个普遍的看法是认为夸克囚禁是由量子色动力学物理真空性质而造成的.而且物理真空不空, 充满着夸克、反夸克对和胶子夸克、反夸克队和胶子间不断地发生相互作用, 由此看来, 揭示真空的本质将导致找到夸克囚禁疑难解. 总之, 物理真空概念的引入和提出, 为物理学的发展已经做出了一定的贡献, 但从当前物理学难题来看, 这一概念, 更是十分重要的, 随着物理真空本质的被揭示, 将对物理学的发展起到更加积极的作用.