“反物質”不再遙不可及

2016年3月10日，中國科學院上海光機所強場激光物理重點實驗室宣布其利用超強超短激光成功產生了反物質——超快正電子源，這也是我國科學家首次利用激光成功產生反物質，這一發現將在材料的無損探測、激光驅動正負電子對撞機、癌癥診斷等領域具有重大應用。

這一重要發現再次引起各界對于“反物質”的關注，而這一經常出現在科幻電影中的名詞其實并沒有那么神秘和遙遠，我國科學家近年來在反物質領域也取得了許多突破性進展。

上海光機所強場激光物理重點實驗室利用飛秒拍瓦激光裝置和高壓氣體靶相互作用，產生大量高能電子，高能電子和重核材料靶相互作用，由韌制輻射機制產生高強度伽馬射線，伽馬射線再和重核作用產生正負電子對。正電子譜儀經過精心設計，成功解決了伽馬射線帶來的噪聲問題，利用正負電子在磁場中的不同偏轉特性，實驗中在單發條件下就成功觀測到了正電子。這也是我國首次利用激光產生反物質。上海光機所早在2001年就開始超強超短產生正負電子對的理論研究，提出利用強激光和納米薄膜靶相互作用產生正負電子對。該工作在國際上得到了廣泛關注，獲得反物質超快正電子源將對激光驅動正負電子對撞機等具有重要意義。

我國科學家首次成功獲得反物質引起了科學界的巨大反響，那么究竟何為反物質？反物質的發現經歷了怎樣的歷程？科學界普遍認為，宇宙起源于大爆炸，之后逐漸演化、發展、膨脹，直至今天的物質世界。科學家們認為在大爆炸的初期，物質與反物質幾乎是對稱存在的。但是，為什么自然界中充滿肉眼可見的普通正物質，但卻看不到反物質呢？反物質是否存在？存在的形式又是怎樣？這也是現代物理學研究的基本問題之一。

反物質的概念由英國物理學家狄拉克于1931年因為狄拉克方程負能解問題而首次提出。1932年安德森在宇宙射線中發現正電子；1955年塞格雷和張伯倫通過伯克利的同步穩相加速器把質子加速后打到銅靶上而發現了反質子；1956年考克等人利用反質子轟擊質子，在湮沒過程中觀察到了中子和反中子，其他的反粒子也在隨后的科學實驗中被逐漸發現，眾多的諾貝爾獎工作成果讓反物質的概念開始深入人心。簡言之，物質和反物質是對稱的，其所有的性質或是相同或是相反。在這個邏輯下，如果用反質子和反中子代替原子核中的質子和中子的話，就得到一個反原子核。如果再配以正電子，就形成反原子，例如歐洲核子中心科學家實現的實驗室捕捉反氫原子技術。再用反原子組成反分子，從而構成反物質。