物理學家擬用貨車實現反物質的首次運輸

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反物質一直是科幻小說里的常客，這種危險又蘊含極大能量的物質，對於人們來說是一個充滿誘惑的存在。近日，歐洲核子研究中心(CERN)正在計劃用一輛貨車實現反物質的首次運輸。

這項名為反質子不穩定物質湮沒（PUMA）的項目，將用一輛貨車將反物質運送到幾百米外的另一個實驗場地，而為了這區區幾百米的旅程，科學家將要準備數年之久。

ISOLDE實驗室

運輸「反物質」的起因

「反物質的研究已經有一定的時間，而現在人們對它已經有了初步的認識，並且將它作為研究其他物質的探測器。」德國物理學家Alexandre Obertelli說道，他是PUMA項目的領導者之一。

幾百米外的ISOLDE實驗室能夠製作一種稀有的放射性原子核，這些原子核衰亡的速度太快以至於它們無法被轉移。有句老話說：「如果山不到穆罕默德這邊來，那麼穆罕默德就到山那邊去」。PUMA項目則給出了一個新版本：「如果放射性粒子不能到反物質這邊來，那麼反物質就到放射性粒子那邊去把。」

當然這只是個有趣的說法，研究真正的價值在於，對同位素放射性原子核的研究，有助於人們揭開中子星的神秘面紗。中子星的密度在天體中數一數二，1立方厘米的中子星就重達10億噸，其緻密核心深藏的奧秘，也許能解答重元素的起源。

對原子以及它們的相互作用進行建模是相當困難的，尤其是當你開始研究含有更多質子和中子的大原子時。

弄清楚周期表底部的這些元素的亞原子微粒排列方式，目前還是一塊難啃的硬骨頭。

一些研究人員懷疑，中子可以在核外形成一層薄薄的皮膚。它是軟性的嗎？在某些條件下它是否會暈散？這些問題不僅僅是理論上的，它涉及到從化學到天文學的各個科學應用領域。

來自韓國大田基礎科學研究所的核物理學家Panagiota Papakonstantinou接受Nature採訪時說：「理解中子「皮膚」和「暈圈」之所以非常重要，原因之一是這有助於我們解讀天文觀測資料。」

中子「皮膚」和「暈圈」

由於超緻密恆星核心內包含這些重元素，了解它們的構成方式將令我們能夠弄清楚恆星的活動。這是個很大的問題，含有大量中子的稠密原子也具有放射性。如果你想研究中子「皮膚」，你必須足夠迅速，因為微粒幾乎在完成的同時就開始衰變了。如鋰11的半衰期就僅為8.6毫秒。

將反質子撞擊到這些超大原子核，使我們能夠確定其中的粒子排列。反質子既能與質子相遇湮滅，也可與中子相遇湮滅。通過測量反質子與兩種正粒子湮滅的頻率，科學家們就能得出兩種粒子在原子核邊緣的相對密度。這正是PUMA項目誕生的根由。

運輸「反物質」

但當CERN的研究人員計劃完成這個創舉時，找到一個堪當此任的貨車卻不是那麼容易的事情。

反物質以其不穩定性著稱，與正物質的任何接觸都會讓它們湮滅並放出能量。不僅如此，自20世紀中葉以來，物理學家實際上一直在使用粒子加速器（如CERN的巨大粒子加速器）製作和研究反物質粒子。歐洲核研究組織（CERN）的粒子物理學家們操作著世界上最大的粒子物理實驗室，在許多不同的實驗都能製成反物質，但它的捕獲、儲存和運輸仍是一項極艱巨的任務。

因此，如何對反物質實現有效的控制成為了首要的問題。

Obertelli和他的合作者企圖創下儲運10億個反質子的記錄，如果成功，這以數目將是現有紀錄的一百倍。而另一個困難是要將它們保存數周，目前能達成這一條件的只有幾十個反粒子。它們被捕獲在一個特殊的電磁場陷阱內，溫度需控制在絕對零度以上4度左右，並且保證與太空相媲美的真空度。「這是一個具有挑戰性的項目，」 CERN的反物質物理學家Chloé Malbrunot說道，「但未必不可行。」

用以捕獲反質子的「陷阱」裝置

CERN的反質子減速器製造反質子，同位素質量分離器（ISOLDE）製造放射性物質，這是一場動人心魄的時間競賽。

如果「爆炸」？

他們會將這套複雜的磁力保溫瓶裝入一輛貨車，依靠貨車駛近一小段距離，然後將這些微粒運送至ISOLDE，在那裡它們將會被投放至目標研究。

但是，反物質很早就因其蘊藏的巨大能量而威名在外。1克的反物質與正物質湮滅釋放的能量，威力將是廣島原子彈的2.5倍。僅需幾十毫克用作燃料，它便能把人送往火星。

那麼這麼危險的反物質，在運輸過程中發生爆炸怎麼辦呢？

實際上，人類此刻能造出來的反物質實在少之又少，其引發的事故後果根本不足憂心。研究人員笑說，即便司機在路上再怎麼使勁顛簸，他們也無需擔心——因為車裡的反物質的量，連炸毀一個蘋果都不夠，遑論研究機構呢？

反物質因與正物質湮滅而釋放巨大能量

理論核物理學家Charles Horowitz說，「駕駛卡車運送反物質，聽起來像是科幻小說，可這的確是一個絕妙的主意。「

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