反粒子（1932年C.D.安德森提出的理论）

​简介

在原子核以下层次的物质的单独形态以及轻子和光子，统称粒子。在历史上，有些粒子曾被称为基本粒子。所有的粒子，都有与其质量、寿命、自旋、同位旋相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数异号的粒子存在，称为该种粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外，粒子与反粒子是两种不同的粒子。

一些中性玻色子如光子、π介子等，其反粒子就是它们自己。

电子的反粒子──正电子，最早是由P.A.M.狄喇克在理论上预言的，随后在1932年在实验上由C.D.安德森等予以证实（见图）。质子的反粒子──反质子是在1955年被发现的。

反粒子

反粒子是相对于正常粒子而言的，它们的质量、寿命、自旋都与正常粒子相同，但是所有的内部相加性量子数（比如电荷、重子数、奇异数等）都与正常粒子大小相同、符号相反。有一些粒子的所有内部相加性量子数都为 0，这样的粒子叫做纯中性粒子，反粒子就是它本身，比如光子、π0介子等。并不是粒子物理学中的每种粒子都有这种意义上的反粒子，中微子就没有反粒子，反中微子的定义与此不同。

反粒子的概念首先是1928年由英国物理学家狄拉克在他的空穴理论中提出的。1932年在宇宙射线中发现了正电子，证实了狄拉克的预言。1956年美国物理学家欧文·张伯伦(Owen Chamberlain)在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子。进一步的研究发现，狄拉克的空穴理论对玻色子不适用，因而不能解释所有的粒子和反粒子。根据量子场论，粒子被看作是场的激发态，而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。

如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。

正『反』粒子-結構圖一

正『反』粒子-結構圖二

参阅

反物质

量子场论

大纲

湮灭

装置

粒子加速器

潘宁阱

反粒子

正电子

反质子

反中子

反μ子

反τ子

反电子中微子

反μ子中微子

反τ子中微子

用途

正子断层扫描

反物质燃料

反物质武器

机构

ALPHA Collaboration

ATHENA

ATRAP

CERN

KEK (BELLE)

SLAC (BaBar)

IHEP

捕获反物质

欧洲核子研究中心的科学家们在欧洲当地时间2010年11月17日表示，通过大型强子对撞机，他们已经俘获了少量的“反物质”，尽管只是少量的反氢原子而已，但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。

实际上，早在1995年，欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭，因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝，科学家们根本无从研究它的真面目。这一次的实验亮点就在于这些反氢原子存在了大约0.17秒。尽管这个时间在普通人看来也许非常短，但对科学家来说，已比先前有了实质性的延长，足够他们进行较为深入的观察和研究。

欧洲核子研究中心的科研人员于2011年6月5日在英国《自然·物理》杂志上报告称，他们成功地将反氢原子“抓住”长达一千秒的时间，也就是超过16分钟。科学家在论文中说，他们在这一轮研究中，先后用磁场陷阱抓住了112个反氢原子，时间从五分之一秒到一千秒不等。

分析还显示，这次抓住的反氢原子大多数处于基态，也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态反物质原子。如果能让反物质原子在基态存在10分钟到30分钟，就可以满足大多数实验的需要。

存储反物质

2010年，来自欧洲核子研究中心(CERN)的研究人员成功地存储了反物质，但维持时间仅不足1秒。欧洲核子研究中心能够存储由氢原子提取的反物质，存储时间长达16分钟，是此前存储时间的5000倍。

这项研究发表在《自然物理学》杂志上，揭晓欧洲核子研究中心阿尔法实验建立的一个“磁瓶”——超导磁铁，如何悬浮这些反原子远离墙壁，以及如何存储这些反氢原子。在过去近十年里，科学家在实验室内仅能保持数分钟的反物质，这是由于该物质存储之后便遭到破坏，从而难以长时间进行存储。

项目研究科学家藤原诚(Makoto Fujiwara)教授说：“我们现已证实能限制性存储反氢原子至长1000秒，这与一场曲棍球比赛时间相差无几。这将是反物质研究领域一个重要转折点。”

参阅

反物质

量子场论

基本粒子 - 轻子

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

反粒子 : 正子 | 反μ子 |反τ子 | 反中微子: | 反电子中微子 | 反μ中微子 | 反τ中微子