反暗物质

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中文名
反暗物质
类    别
粒子
归    属
物理
特    点
反物质

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反暗物质简介

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粒子实验已证实,正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样,因此反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核,反核和反电子结合在一起,就能组成反原子。我们的正物质世界有多少种原子,相应在反物质世界中也能有多少种反原子,而且它们在结构上将是完全没有区别的,延伸起来讲,大量反原子可以构成反物质的恒星和星系。如果宇宙中正反物质为等量,那么这样的反恒星和反星系就应当存在。因此这给天文学家提出了一个深刻的问题:天上有反恒星和反星系吗?

反暗物质特性

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要由观测来分辨远处星系由物质构成或反物质构成并不容易,至今的天文观测只是接收远处天体所放出的光子。原则上,正物质天体若辐射光子,那么同样的反物质天体应当辐射反光子。但是光子是纯中性的粒子,因此光子与反光子是同一种粒子。这样,天文学家通过可见射电X射线或 γ 射线观测,原则上无法区分他的目的物是由物质构成还是由反物质构成。恒星和星系除了辐射光子外,它们还辐射中微子。中微子与反中微子很不一样,如果天文学家能接收中微子,那么他就能区分物质天体与反物质天体。可惜中微子与任何物质的相互作用都很微弱,造一个能接收它们的仪器很困难。今天用这办法来区分物质天体或反物质天体还办不到。那么让我们问:与我们最邻近的太阳或月亮会是由反物质组彻吗?
月亮是离我们最近的天体,由地面出发的宇航员已在月球上登陆过。如果月球是由反物质组成的,那么在那位宇航员与月球接触时,湮灭过程早已把他转化为介子了。这是直接证据,表明月亮是正物质天体。至于太阳,那是人类没有可能登陆的地方。那么怎么才能知道它不是由反物质组成的呢?太阳表面的气体很热,其中热运动速度较快的原子的速度已超过了太阳表面的逃逸速度,这就是太阳风的起因,若太阳是反物质恒星,太阳风就由反原子组成,它吹到行星上,就会和行星的正原子相湮灭。于是正物质组成的行星会逐渐消失掉,这种消失过程没有发生,就证明了整个太阳系中没有反物质天体。这样,如果要存在反物质天体,它至少应在太阳系之外。
把眼光放远到整个银河系,要问的是:在这个由千亿个恒星构成的系统中,会有一部分是反恒星吗?今天人们也已能肯定地回答:不会有。我们从地面上能接收到太空中飞行的宇宙射线。观测统计表明,宇宙射线粒子中反质子仅是质子的万分之几,并且这少量的反质子是高能粒子碰撞的次级产物,而不是原始的,此外宇宙射线中有很少的 α 粒子(即氦核),但是反 α 粒子却一个也没有发现过,这些事实说明原初的宇宙射线是由正物质组成的。如果银河系中有反物质恒星,那么宇宙射线粒子将与它碰撞而发生湮灭。湮灭产生的 π 0 介子将很快衰变而成 γ 光子。因此这种湮灭过程是能够通过 γ 射线的观测来发现的。正是没能找到湮灭过程所放出的很有特征性的 γ 光子,使人们知道,银河系中并没有反恒星的存在,整个银河系都是由正物质组成的。
我们的宇宙是由大量星系构成的。若在远处有反物质组成的星系,原则上也能用同样的道理来发现。星系之间并不是真空,而是弥漫着很稀薄的气体。因此,若既有正物质星系又有反物质星系,那么正反物质必会相遇,相遇处必会有湮灭过程发生。人们着意地寻找了相应的 γ 射线,而没有找到过。于是得出结论:在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在。若在更远的地方有这种湮灭发生,由于它的信号太弱而没有被发现是不能排除的。所以上述结论是今天的观测能力所能给出的回答。
在这样的结果面前,人们的看法分成了两种。一种认为宇宙中正反物质应当是等量的,需要的是从更远处去寻找反物质星系存在的证据。另一种认为事实已暗示,宇宙中没有大量的反物质存在,需要的是从宇宙的演化中去寻找造成今天没有反物质的原因。
词条标签:
理学