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中国科学家宣称找到反物质引争议

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文/记者 李鹏 黄珊

  相关评论认为,该项研究成果的真正亮点是使用了超强超短激光产生正负电子对。
 


上海光机所研究员沈百飞

  中科院上海光机所3月10日发布消息,该所强场激光物理国家实验室利用超强超短激光,成功观测到了正电子,这是我国首次报道利用激光产生反物质。相关研究成果日前已经发表在国际科学期刊《等离子体物理》杂志上。随后,国内媒体在报道中甚至称,上海光机所这次从靶子上轰出了反物质。难道真是这样吗?

  上海光机所研究员沈百飞在接受记者采访时表示,上海光机所的实验获得了正电子,正电子为反粒子,这意味着他们制造出了反物质。


中科院上海光机所网站上刊登的该项研究的超强超短激光产生正电子示意图

  学界对“造出”反物质存疑

  尽管众多媒体报道中国造出了反物质,但是在学界却存在不同的声音。

  中国科学院高能物理研究所研究员张闯表示,严格地讲,上海光机所的这项研究并不能说是获得了“反物质”,尽管反物质由反粒子构成,正电子是反粒子中的一种。但一般而言,在科学界习惯上反粒子并不称为反物质,主流意见认为只有形成了反原子才能称为反物质,其中反氢原子是最为简单的反物质。

  不过他也表示,如果非要说正电子是反物质,这涉及到反物质如何定义的问题,当前在科学界也存在着争议。

  反物质是很多人关注的一个热点话题,在张闯看来,这样的消息现在爆出来主要是为了博人眼球。

  中国科学院院士贺贤土说,构成反物质的反粒子难以保存,一遇到物质就会湮灭。迄今为止,我们人类还没有在广袤的宇宙空间中发现反物质。它们似乎莫名消失了,至少到现在仍然无法直接观测到它们的存在。因此寻找和研究反物质也成为物理学领域的热点和难点。这些年来,所有的反物质也都来自于实验室中的制造。

  美国哥伦比亚大学物理系毕业的博士卢昌海撰文指出,原子和分子是承载物质物理和化学性质的基本组元。从这个意义上讲, 反氢原子的成功制备才是人类有史以来首次制备出了反物质,此前所研究的只能称为是反粒子而不是反物质。同理,中科院上海光机所制造出了正电子也并不意味着他们制造出了正真意义上的反物质。

  激光造出正电子也不是新发现

  专家指出,最近一些媒体报道中提到上海光机所“这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用”,说法也是不准确的,因为正电子并不是一项新发现,早在上个世纪30年代,这个愿望就已经被部分科学家实现了!

  1932年,由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了电子的反粒子,即正电子的存在。1936年,安德森因发现正电子而获得该年度的诺贝尔物理奖。

  尤为值得一提的是,发现正负电子湮灭现象的第一人还是我们中国科学家。他就是中科院院士、核物理学家、中国核物理的鼻祖赵忠尧,他和安德森是同学,在一个导师的领导下从事相关研究,但是阴差阳错,他当年与诺贝尔物理学奖失之交臂。

  也就是说,早在80多年以前,中国的科学家就已经能够制造出反粒子 ——正电子了。因此,中科院上海光机所轰出正电子也就没有什么稀奇的了。事实上,北京的正负电子对撞机,制造出正电子早已经成为很平常的事情。

  中国还没有发现真正意义上的反物质

  到目前为止,因为基础科研水平及科研设备的差距,中国仍旧未能独立在实验室中制造出真正意义上的反物质。目前在这个领域进展最快的就是欧洲核子研究中心及美国的部分实验室。

  1995年欧洲核子研究中心的科学家在实验室中制造出了世界上第一批反物质——反氢原子。

  2014年初,欧洲核子研究中心(CERN)的ASACUSA(低速反质子原子光谱和碰撞)实验首次成功制造出反氢原子束,并在产生反氢原子地方向下2.7米的范围内,即远离强磁场的区域,检测到80个反氢原子。

  中国离制造出真正意义上的反物质最近的是中国科学院上海应用物理研究所马余刚等前几年参与的美国两项国际实验,即首次发现超氚核和反氦4。

  张闯说,目前他还没有看到有国内研究团队独立制造出真正意义上的反物质的有关报道。

  上海光机所牛的是超强超短激光

  张闯说,上海光机所本次研究成果的重点并不在反物质,而在于使用超强超短激光这种手段。他们这个工作的亮点就是用超强超短激光产生正负电子对,这种手段是创新的,使用的的确是一种新技术。

  沈百飞也表示,用超强超短激光制造正电子,目前国内还没有看到过相关报道,尽管国外已经有过相关的一些实验和研究。

  媒体过于强调反物质忽视了上海光机所本次研究的价值。中国高能物理领域、核物理的不少专家也都持有这样的意见。

  2015年,中科院上海光机所的激光设备,其功率已经达到了5拍瓦(1000万亿瓦等于1拍瓦),据了解,这种激光的峰值功率为5.13拍瓦,打破了此前6个月日本科学家所创造的纪录。

  当前,上海光机所正在研制的10拍瓦级超强超短激光装置。这表明在拍瓦级超强超短激光领域,我国已经走在了国际前列。

  不过单就中科院上海光机所的激光产生正电子的研究而言,中国离世界最先进依旧还有较大的差距。专家表示,激光加速、激光产生正电子,国际上有很多研究,而中国在这方面还达不到国际先进水平。


质子和反质子示意图

  超强超短激光目前还是一个“纸老虎”

  在初步了解了拍瓦级别的超强超短激光以后,很多军事迷们自然想到了其在激光武器中的应用。激光武器早已梦想照进现实,但是目前还没有一种激光武器能够达到拍瓦级别。在2013年的一次试验中,德国一种军用激光摧毁了2公里以外的一架无人机,最高输出功率仅为50千瓦。

  相比之下,上海新研制的5拍瓦的激光设备,整整是它的1000亿倍!这实在是一个大得极为恐怖、几乎让人有些毛骨悚然的数值,如果仅仅是想当然,大概地球也能被这种激光给灭了!

  专家表示,目前的拍瓦级激光还没有这么大的能耐,从某种程度上而言,它还是一个“纸老虎”。

  如今,激光器从运行上分为连续激光器和脉冲激光器。由于功率持久性较差,单脉冲产生的总能量常常非常低。比如,上海光机所5.13拍瓦的激光器,其单脉冲总能量也只有190焦耳,勉强够热一杯咖啡,煎鸡蛋所需的能量就是它的几百倍。也就是说,这种激光设备并没有能够击落无人机这样的军事用途,更不用担心它会摧毁地球了。■

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