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维普资讯 — 宁留 次 要复 第 16卷 第 】期 物 理 学 进 展 Vol-16，No·1 I·l、 March 1996正 3月 PROGRESS IN PHYSICS ． ， 1996 探测宇宙反物质 r中科院高能物-N研究所 北京 100039 中国科学技术太学近代枋理系 台肥 230027) 一、前言…。…两／ 本世纪三十年代初，P．A．M．Dirac根据相对论性量子力学的考虑提出反物质的假 设 J。按照Dirac的看法，世界上所有的粒子都有它们相应的反粒子 。他说 ：如果我们接受 正、负电荷之间完全对称的观点，自然界中基本物理规律对正、反物质有对称性 ，那么可 以 认为地球上(以及整个太阳系中)带正电的质子和带负电的电子占绝对优势的情况是一种 偶然性 ，在某些天体中，情况可能与此完全相反，在那里 ，可能是反质子和正电子 占绝对优 势。如果 自然界中物质和反物质完全对称，则宇宙中天体和反天体可能各 占一半 ，但因为 物质原子的光谱和反物质反原子的光谱是相同的，所 以天文光学观察没有办法区别它们 。 宇宙中物质和反物质是否对称，至今仍是一个谜。因此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 。本文评述探测宇宙的反物质的实验现况及其前景。 二、反物质的特性 Dirac提出反物质的假设以后，C．D．Anderson在宇宙线中发现 了正电子 。其后 O．Chamberlain及 E．Segre在加速器上发现了反质子0。‘现在我们知道，每一种基本粒子 都有它的反粒子，例如每一种夸克都有它的反夸克 ，每一种轻子都有它的反轻子。在加速 器上，还 已发现 由反质子和反中子组成的反氘核 “]。 电子是最轻的带电粒子，正电子是最轻的带电反粒子。反核子 (反中子和反质子)组成 反原子核，反原子核和正电子组成反原子，各种反原子组成各种反物质。反物质可以构成 反正体、反星系。下面用加横线的符号表示反原子核，例如F表示反质子 ，再 表示反氦原子 核，c表示反碳原子核。 我们考察一种反原子核，它的反核子数 目为一定 ，把它和具有相同核子数 目的原子核 比较 ，反原子核不同于原子核的特点是：(1)反原子核是由反中子、反质子组成的。中子、 质子带有称为重子数的量子数 ，而反 中子、反质子带有的重子数量子数为负 因此反原子 维普资讯 物 理 学 进 展 l6卷 核带反的(负的)重子数。若原子核的重子数为B，则反原子核的重子数为 一B。(2)按照重 子数守恒．带有重子数一B的反原子核和带有重子数B的原子核湮没而释放能量 。湮没产 物的总重子数为零 。(3)反原子核带负电荷。若原子核的电荷为 Z，则反原子核的电荷为 一 Z。(4)反原子核和原子核的质量相同。若原子核的质量为M，反原子核的质量也是 Ⅳ。 反轻子 (例如正电子是电子的反粒子)的特性也与此相似 ：反轻子带反的轻子数，带反 的电荷，但质量和相应的轻子相同，反轻子和相应的轻子会湮没。 物质和反物质湮没的一个例子是 ：停止的正负电子湮没．放射一对能量为 511keV 的 7光子 ： e + e一呻 + 另一个例子是停止的质子、反质子湮没，放出带电和中性的 介子 ： +P— ：+ ，o【 一 次停止湮没平均放出5个 介子 ，其中，o【介子在飞行中很快地衰变为 7光子。 根据上面谈到的反物质的特性 ．鉴别反物质 (如反原子核)的一种方法是直接测量它 们的电荷和质量，另一种方法是由物质反物质的湮没来鉴别反物质 (如反原子核)。