以發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”聞名的歐洲核子中心（CERN）是世界上最大的粒子物理實(shí)驗(yàn)室，也是生產(chǎn)反物質(zhì)等神奇粒子的超級(jí)工廠。然而，由于反物質(zhì)十分不穩(wěn)定，與正物質(zhì)相遇就會(huì)瞬間湮滅，這個(gè)工廠長(zhǎng)期以來只能“自產(chǎn)自用”。

近日，歐洲核子中心啟動(dòng)了一項(xiàng)新研究，計(jì)劃在4年內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高難度的反物質(zhì)“快遞”：用卡車一次性運(yùn)輸10億個(gè)反質(zhì)子，利用電磁場(chǎng)設(shè)置一個(gè)接近宇宙星際空間的真空“陷阱”，讓這些粒子在零下270度中儲(chǔ)存數(shù)星期之久。

難度是毋庸置疑的。目前，人類最多試過一次性儲(chǔ)存百萬級(jí)別數(shù)量的反質(zhì)子；而如果要儲(chǔ)存幾個(gè)星期的話，就只能保證幾十個(gè)。

“這簡(jiǎn)直是科幻小說里的情節(jié)。”印第安納大學(xué)伯明頓分校的理論核物理學(xué)家Charles Horowitz評(píng)價(jià)道。

攔截狂奔的反質(zhì)子

狄拉克在1928年預(yù)言了反粒子的存在：每一種粒子都有存在一種和它的質(zhì)量、壽命、自旋嚴(yán)格相等，但電荷相反的反粒子。

因此，反質(zhì)子是一種質(zhì)子的嚴(yán)格鏡像，帶有負(fù)電荷。

1954年，加州大學(xué)伯克利分校利用當(dāng)時(shí)最高能的質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器探測(cè)到了反質(zhì)子的存在。

不過，加速器產(chǎn)生的反質(zhì)子接近光速，直到歐洲核子中心在1980年代逐漸建成了反質(zhì)子減速器，將反質(zhì)子的速度降到光速的十分之一以下，才攔下了這些在真空管中“狂奔”的奇妙粒子，用以研究和實(shí)驗(yàn)。

2002年，歐洲核子中心將正電子和反質(zhì)子直接，在受控條件下實(shí)現(xiàn)了反氫原子的“量化”。

目前，人類對(duì)反物質(zhì)仍了解甚淺，留有大量謎團(tuán)，比如：宇宙中的正物質(zhì)為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于反物質(zhì)？盡管如此，科學(xué)家們已經(jīng)開始利用它們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。

主導(dǎo)反物質(zhì)“快遞”項(xiàng)目的德國(guó)達(dá)姆施塔特理工大學(xué)物理學(xué)家Alexandre Obertelli說道：“反物質(zhì)一直在被研究，而現(xiàn)在已經(jīng)可以被用于探測(cè)物質(zhì)了。”

比如，距離CERN反質(zhì)子工廠幾百米的稀有放射性同位素實(shí)驗(yàn)組，就很需要反質(zhì)子。

湮滅

原子核由帶正電的質(zhì)子和電中性的中子組成。常見原子核中的質(zhì)子和中子數(shù)大體相當(dāng)，然而，一些同位素原子核中含有額外的中子，具有放射性。

額外的中子數(shù)會(huì)帶來一些奇特的現(xiàn)象。比如，一些同位素原子核具有一層質(zhì)子數(shù)多于中子數(shù)的“表皮”，或者像鋰11一樣，額外的中子拓展出獨(dú)立的軌道，形成“光暈”，大大增加了原子核的體積。

反質(zhì)子既能與質(zhì)子相遇湮滅，也可與中子相遇湮滅。通過測(cè)量反質(zhì)子與兩種正粒子湮滅的頻率，科學(xué)家們就能得出兩種粒子在原子核邊緣的相對(duì)密度。

為什么用別的方式很難測(cè)量呢？這是因?yàn)椋@些放射性同位素壽命很短，會(huì)迅速衰變，而正反粒子湮滅的速度更快，能趕在同位素衰變前進(jìn)行測(cè)量。

從同位素窺見中子星

不過，了解這些稀有同位素原子核并非科學(xué)家們的終極目標(biāo)。這些富含中子的小小原子核，對(duì)應(yīng)著浩瀚宇宙中最奇妙的一種天體：中子星。

中子星幾乎完全由中子構(gòu)成，是目前已知的最小、最致密的恒星，一茶匙中子星物質(zhì)就重達(dá)10億噸，其產(chǎn)生的引力場(chǎng)與黑洞相當(dāng)。目前，人類發(fā)現(xiàn)的中子星平均半徑在12公里左右，質(zhì)量卻普遍達(dá)到1.4倍太陽(yáng)。

而這種致密天體的核心，壓縮著科學(xué)家尚不理解的秘密。但這個(gè)秘密，很有可能揭開宇宙中重元素的起源。

科學(xué)家們相信，這個(gè)秘密可能在富含中子的同位素原子核“表皮”和“光暈”中找到答案。