反粒子

在原子核以下層次的物質的單獨形態以及輕子和光子，統稱粒子。在歷史上，有些粒子曾被稱為基本粒子。所有的粒子，都有與其質量、壽命、自旋、同位旋相同，但電荷、重子數、輕子數、奇異數等量子數異號的粒子存在，稱為該種粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外，粒子與反粒子是兩種不同的粒子。

一些中性玻色子如光子、π介子等，其反粒子就是它們自己。

電子的反粒子──正電子，最早是由P.A.M.狄喇克在理論上預言的，隨後在1932年在實驗上由C.D.安德森等予以證實（見圖）。質子的反粒子──反質子是在1955年被發現的。

迄今，已經發現了幾乎所有相對於強作用來說是比較穩定的粒子的反粒子。

反粒子是相對於正常粒子而言的，它們的質量、壽命、自旋都與正常粒子相同，但是所有的內部相加性量子數（比如電荷、重子數、奇異數等）都與正常粒子大小相同、符號相反。有一些粒子的所有內部相加性量子數都為 0，這樣的粒子叫做純中性粒子，反粒子就是它本身，比如光子、π0介子等。並不是粒子物理學中的每種粒子都有這種意義上的反粒子，中微子就沒有反粒子，反中微子的定義與此不同。

反粒子的概念首先是1928年由英國物理學家狄拉克在他的空穴理論中提出的。1932年在宇宙射線中發現了正電子，證實了狄拉克的預言。1956年美國物理學家歐文·張伯倫(Owen Chamberlain)在勞倫斯-伯克利國家實驗室發現了反質子。進一步的研究發現，狄拉克的空穴理論對玻色子不適用，因而不能解釋所有的粒子和反粒子。根據量子場論，粒子被看作是場的激發態，而反粒子就是這種激發態對應的復共軛激發態。

如果反粒子按照通常粒子那樣結合起來就形成了反原子。由反原子構成的物質就是反物質。

參閱

反物質

量子場論

大綱

湮滅

裝置

粒子加速器

潘寧阱

反粒子

正電子

反質子

反中子

反μ子

反τ子

反電子中微子

反μ子中微子

反τ子中微子

正子斷層掃描

反物質燃料

反物質武器

ALPHA Collaboration

ATHENA

ATRAP

CERN

KEK (BELLE)

SLAC (BaBar)

IHEP

歐洲核子研究中心的科學家們在歐洲當地時間2010年11月17日表示，通過大型強子對撞機，他們已經俘獲了少量的“反物質”，儘管只是少量的反氫原子而已，但已被科學界視為人類研究反物質過程中的一次重大突破。

實際上，早在1995年，歐洲核子研究中心就首次製造出了9個反氫原子。但反氫原子只要與周圍環境中的正氫原子相遇就會湮滅，因此實驗室中造出來的反氫原子稍縱即逝，科學家們根本無從研究它的真面目。這一次的實驗亮點就在於這些反氫原子存在了大約0.17秒。儘管這個時間在普通人看來也許非常短，但對科學家來說，已比先前有了實質性的延長，足夠他們進行較為深入的觀察和研究。

歐洲核子研究中心的科研人員於2011年6月5日在英國《自然·物理》雜誌上報告稱，他們成功地將反氫原子“抓住”長達一千秒的時間，也就是超過16分鐘。科學家在論文中說，他們在這一輪研究中，先後用磁場陷阱抓住了112個反氫原子，時間從五分之一秒到一千秒不等。

分析還顯示，這次抓住的反氫原子大多數處於基態，也就是能量最低、最穩定的狀態。這有可能是人類迄今首次製造出的基態反物質原子。如果能讓反物質原子在基態存在10分鐘到30分鐘，就可以滿足大多數實驗的需要。

2010年，來自歐洲核子研究中心(CERN)的研究人員成功地存儲了反物質，但維持時間僅不足1秒。歐洲核子研究中心能夠存儲由氫原子提取的反物質，存儲時間長達16分鐘，是此前存儲時間的5000倍。

這項研究發表在《自然物理學》雜誌上，揭曉歐洲核子研究中心阿爾法實驗建立的一個“磁瓶”——超導磁鐵，如何懸浮這些反原子遠離牆壁，以及如何存儲這些反氫原子。在過去近十年裡，科學家在實驗室內僅能保持數分鐘的反物質，這是由於該物質存儲之後便遭到破壞，從而難以長時間進行存儲。

項目研究科學家藤原誠(Makoto Fujiwara)教授說：“我們現已證實能限制性存儲反氫原子至長1000秒，這與一場曲棍球比賽時間相差無幾。這將是反物質研究領域一個重要轉折點。”

反物質

量子場論

基本粒子 - 輕子

粒子: 電子 | μ子 | τ子 | 中微子: | 電子中微子 | μ中微子 | τ中微子

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