反物質武器：第四代核武器？

羅上庚

俄羅斯《科學》網站等媒體曾報道，美國軍方正在秘密研制以反物質作為炸藥的“質子炸彈”。美國空軍實驗室稱，這種反物質炸彈可能是令人難以置信的強大武器。

什么是反物質?

眾所周知，世界上一切物質都是由分子組成的，分子是由原子組成的，原子是由原子核以及圍繞它旋轉的電子組成的，而原子核是由質子和中子所組成的。科學家后來又發現，質子和中子是由更小的粒子所組成的，這種更小的粒子稱為夸克。迄今，科學家已發現了物質結構的5個層次即夸克一核子一原子核→原子→分子，以及300多種基本粒子。大千世界無奇不有的物質，就是由多種多樣的基本粒子構成的。

反物質(antimatter)是由反粒子(antiparticle)構成的物質。科學家已經證明，構成世界萬物的基本粒子都有一個反粒子——與自己“長得”一模一樣但“秉性”相反的“鏡像物”。比如，電子帶負電、質子帶正電，而帶正電的電子和帶負電的質子就是反粒子，前者稱為反電子，后者稱為反質子。像氫原子，就有由反質子和正電子組成的反粒子——反氫原子，而由反氫分子組成的反氫物質，就是氫物質的反物質。

早在1928年，英國劍橋大學教授保羅·狄拉克就預言了帶相反電荷粒子的存在。4年后，美國科學家卡爾·安德森發現了正電子，它是人們發現的第一個反粒子。后來，科學家又陸續發現了反質子、反中子，找到了反介子、反超子、反夸克等許許多多的反粒子。我國著名核科學家王淦昌教授領導的小組在1959年也發現了一種稱為反西格馬負超子的反粒子。

第四代核武器為什么選上反物質?

原子彈和氫彈是早已廣為人知的核武器。美國于1945年在日本廣島和長崎投擲的2顆原子彈，是利用钚核裂變反應釋放的能量制造的炸彈，稱為钚彈。我國爆炸的第一顆原子彈，是利用鈾核裂變反應釋放的能量制造的炸彈，稱為鈾彈。它們都屬于第一代核武器。幾年后，氫彈試驗成功。氫彈是利用輕核(氘、氚)聚變反應釋放的能量制造的炸彈，具有更大殺傷力，屬于第二代核武器。原子彈和氫彈有五大毀傷作用，即沖擊波、光輻射、貫穿輻射、放射性污染和電磁脈沖。

后來根據戰術的需要，增強或減弱核武器某方面的毀傷作用，武器專家開發出了第三代核武器。例如：增強輻射的核武器——中子彈，增強沖擊波的核武器——沖擊波彈，增強放射性污染的核武器——感生放射性彈，增強X射線的核武器——X射線彈，減少放射性沉降物的核武器——弱剩余放射性武器，等等。美國正在積極發展威力小于5000噸梯恩梯當量、借助精確制導技術摧毀地下指揮部和武器庫的鉆地核彈，它也屬于第三代核武器，

為了適應新的形勢、滿足現代戰爭的需要，武器專家們又在動腦筋開發研究第四代核武器。反物質就是在這種背景下吸引了核武器研制人員的目光。反物質為什么有可能作為武器炸藥呢?

我們知道，世界萬物都有“同性相斥、異性相吸”的共性。反物質也一樣，它一旦遇上正物質，就與之“迅速結合、互相湮滅”。這種“湮滅”(annihilation)并非正反兩種物質化為烏有而消失，實際上，它們的全部質量轉變成能量釋放了出來。按照著名的愛因斯坦質量能量關系式E＝mc²可以計算出釋放的能量：1毫克反物質“湮滅”放出的能量達到180兆焦耳，是普通炸藥的100億倍，比原子彈、氫彈的威力大得多。

反物質炸彈易于引爆。它不像原子彈那樣必須達到臨界質量，即使特別微小的質量也能造成爆炸：它也不像氫彈那樣要求很高的爆炸點火溫度。反物質炸彈還有一個很重要的優點，這就是它與原子彈、氫彈不同，爆炸后不殘留放射性物質、不造成放射性污染?？傊次镔|之所以被選來制造第四代核武器，主要原因有三：①反物質武器能量密度高、爆炸威力大，②反物質制造和利用的技術難度高、耗資大，一般國家不易掌握和實現，便于超級大國獨自擁有：③反物質武器雖然從性質上也屬于核武器，但國際社會通常把它視作常規武器，因此不受禁止核試驗條約的限制。反物質武器炸藥怎么制造?

迄今為止，科學家還沒有發現地球上有反物質存在，于是提出了兩條獲取反物質的途徑：一是在實驗室里制造，二是到宇宙中去尋找。

為了在實驗室里制造反物質，科學家考慮，氫原子是構造最簡單的原子，它的原子核中只有一個質子、核外只有一個電子，因此制造反氫原子相對容易。于是他們用粒子加速器使原子核與質子相撞，制造出反質子：從釋放正電子的放射性衰變反應中收集正電子。

制造反粒子的另一個難題，是如何安全地貯藏和保存它?？茖W家想出了用磁場“陷阱”來束縛反粒子的方法。即高速原子核和質子相撞產生反質子之后，用減速器將其速度降低到光速的1／10，然后用高能磁場做“陷阱”將其束縛起來，再用電場將其速度進一步降低下來。另一方面，科學家們也用電磁場“陷阱”來減速由放射性衰變收集來的正電子。最終，減速了的負質子和正電子在電磁場“陷阱”中結合，形成反氫原子。

1995年，設想終于成為現實。世界上第一家反物質研制工廠一一位于瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心制造出了第一個反氫原子。在世界各地9個研究所39位科學家的通力合作下，到2002年底，已經制造出了約5萬個反氫原子。但是反物質的產量離可使用量還有很大距離。

到宇宙中去尋找反物質也決非易事。茫茫宇宙中哪里存在反物質?無人知曉。諾貝爾物理獎得者、美籍華人科學家丁肇中教授正在領銜實施一項到宇宙中去尋找反物質的國際太空反物質探索計劃。到宇宙中去找反物質，需要先進的粒子物理傳感儀。1998年，中國研制的傳感儀·阿爾法磁譜儀由美國“發現”號航天飛機帶到了太空；另一臺新阿爾法磁譜儀計劃在2008年組裝完畢，搭載美國宇宙飛船升空，繼續尋找反物質。

反物質武器的前景如何?

制造反物質耗資巨大，目前，生產1微克反物質估計需要化費60億美元。另外它的安全貯存也很困難，盡管科學家想出了強磁場“陷阱”的辦法，目前還只能貯存10億(10⁹)個反電子——而制造1克反氫原子需要有6．023x 1023個反電子和同樣數量的反質子。制造成功反物質武器炸藥還有艱巨的路程要走，現在，反物質武器還只能是一種新武器概念。

反物質的巨大軍事應用潛力強烈吸引著軍界。美國五角大樓對研制反物質武器很感興趣，斥巨資加以研制，美國空軍正在進行一項名為“革命性炸藥”的反物質武器研制計劃：美國洛斯阿拉莫斯和勞倫斯·利弗莫爾核武器研究所、費米研究所等許多單位也正在進行相關研究。俄羅斯從50年代的前蘇聯時期開始，就在其氫彈之父薩哈羅夫的領導下從事反物質武器的研制工作。當然，對于研制反物質武器一直存在著反對的意見、不時聽到“暫?！钡膫髀?，但基本的研究工作一直在繼續。

反物質不僅可以作為武器的炸藥，還可用來制造星際航行火箭、航天器、太空船的超級燃料。據計算，用數十毫克反物質作燃料推動太空船，6個星期就可以到達火星。