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一、实用类文本阅读
阅读下面的文字,完成下面小题。
反物质“”这个词听起来和反重力很像,像是科幻小说中的概念。但反物质真实存在,是现代物理学中的成熟概念。
反物质的确有一些会让人惊叹不已的性质,仅仅1克反物质和物质接触就会产生像原子弹一样的剧烈爆炸。因为
反物质可以释放出巨大的能量,所以未来可能被用来推动宇宙飞船。尽管如此,反物质本质上却没有什么奇异之
处——按照我们现在对亚原子粒子的认识,反物质的存在是理所当然的。
原子核包含了原子的大部分质量,它是由质子和中子构成的。在原子核外,还有质量更小的电子。电子对我们很
重要,因为它们是电子科技的主角。每个电子都带一个负电荷,刚好可以被质子的正电荷中和。自然界中还存在
其他几种粒子,但我们只有在高能物理实验中才能观测到它们。构成普通物质的所有粒子都可以归为两类,一类
是重子,比如质子和中子;另一类是轻子,比如电子。
这看起来有点复杂,但是假如没有守恒定律的话,还会更加复杂。守恒定律为本来一团乱麻的粒子物理带来了秩
序。当粒子相互作用的时候——比如在欧洲核子中心的高能加速器里面,有一些量总是不变的。能量和电荷就是
这样的量。同时,重子数和轻子数也是守恒的。
质子的重子数是+1,电荷是+1。理论预言它的反粒子“”会有一样的能量,但是重子数和电荷数都是-1。这种粒子叫
做反质子。同样,电子也有反粒子,叫做正电子,电荷数是+1,轻子数是-1。
那么,当质子和反质子相遇时,会发生什么呢?你可能已经知道答案了,这是反物质最著名的性质。正负重子数、
正负电荷以及其他守恒量会彼此相消,只有能量会留下来。能量也是守恒的,但是两种粒子的能量是相同的,而
不是相反的。所以正负质子会消失,而它们的能量会以伽马射线的形式释放出来。咖马射线和光一样,也是一种
电磁波,但是能量更高、波长极短。这一过程叫做湮灭“”,是我们所知唯一一种能将质量完全转变为能量的过程。
这一过程是可逆的,只要有足够高的能量,正反物质对就可以凭空产生。对于质量较大的质子和反质子,这种粒
子对产生过程只会出现在高能加速器或者特殊的天体物理学过程中。但正负电子对的产生更加常见,地球上的某
种天然放射性衰变中就会出现这种现象。用常见“”描述这一过程很合适,我们稍后就会看到,即使是平淡无奇的香
蕉也可以产生正电子。但是,这种过程产生的反物质只能存在一瞬间,几乎在诞生的那一刻,它就会遇到正常物
质,然后消失于一道伽马射线闪光中。
物质原子有时也会产生反物质粒子。这些反物质主要的来源是放射性同位素,这类原子内的中子要么太多,要么
太少,不能保持稳定。一些日常生活中常见的物质就包含有少量的放射性同位素,它们会衰变成更稳定的元素,
同时发射出高能粒子。通常这些粒子是物质,比如贝塔衰变发出的电子,但是有的同位素会发生贝塔“+”衰变,产
生正电子。这些正电子会瞬间与电子相撞,湮灭并放出伽马射线。但这一过程并没有听起来那么剧烈。因为以日
常生活的标准来看,一个粒子的能量微不足道,否则你身体里释放正电子的同位素就会对你不利了。这类同位素
中最常见的是钾-40,自然界每一万个钾原子里就会有一个钾-40。它通常会发生正常的贝塔衰变,但是有0.001%
的概率会产生正电子。
在欧洲核子研究中心(CERN)和类似的实验室中,正“反粒子对很容易在加速器中产生。加速器中粒子极高的速
度意味着极高的碰撞能量,足以产生粒子对。但这样得到的反物质粒子寿命很短,很快就会和周围的物质湮灭。
CEN有个全世界独一无二的反物质“工厂”,任务就是产生寿命足够长、可用来研究的反物质。
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要达到这一目的,有两点至关重要。第一,要让反物质粒子减速。这一过程需要的是减速器而不是加速器。第二,
要把反物质粒子储存起来以供研究。这并不简单,因为反物质和物质相遇就会湮灭。解决这个问题的方法就是用
强磁场束缚反物质粒子,在磁场中,科学家甚至可以把一个正电子和一个反质子组合到一起,制成一个反氢原子。
CERN有世界上唯一一家反物质工厂,但制造反物质粒子还有很多其他的途径。有些轰击地球的高速粒子是星际
空间的粒子碰撞过程中产生的反质子。这些粒子进入大气层之后会与大气中的原子发生更多的碰撞,产生更多的
反物质粒子。香蕉中富含钾元素,其中有0.01%是可以释放正电子的钾-40。每根香蕉平均一天会释放20个正电
子。2011年美国航空航天局发现地球上的暴风雨中产生了反物质粒子。这是因为闪电可以产生高能伽马射线,进
而产生反物质。核爆炸现在已经很少见了
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