物理学家拟用货车实现反物质的首次运输

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导 读

反物质一直是科幻小说里的常客，这种危险又蕴含极大能量的物质，对于人们来说是一个充满诱惑的存在。近日，欧洲核子研究中心(CERN)正在计划用一辆货车实现反物质的首次运输。

这项名为反质子不稳定物质湮没（PUMA）的项目，将用一辆货车将反物质运送到几百米外的另一个实验场地，而为了这区区几百米的旅程，科学家将要准备数年之久。

ISOLDE实验室

运输“反物质”的起因

“反物质的研究已经有一定的时间，而现在人们对它已经有了初步的认识，并且将它作为研究其他物质的探测器。”德国物理学家Alexandre Obertelli说道，他是PUMA项目的领导者之一。

几百米外的ISOLDE实验室能够制作一种稀有的放射性原子核，这些原子核衰亡的速度太快以至于它们无法被转移。有句老话说：“如果山不到穆罕默德这边来，那么穆罕默德就到山那边去”。PUMA项目则给出了一个新版本：“如果放射性粒子不能到反物质这边来，那么反物质就到放射性粒子那边去把。”

当然这只是个有趣的说法，研究真正的价值在于，对同位素放射性原子核的研究，有助于人们揭开中子星的神秘面纱。中子星的密度在天体中数一数二，1立方厘米的中子星就重达10亿吨，其致密核心深藏的奥秘，也许能解答重元素的起源。

对原子以及它们的相互作用进行建模是相当困难的，尤其是当你开始研究含有更多质子和中子的大原子时。

弄清楚周期表底部的这些元素的亚原子微粒排列方式，目前还是一块难啃的硬骨头。

一些研究人员怀疑，中子可以在核外形成一层薄薄的皮肤。它是软性的吗？在某些条件下它是否会晕散？这些问题不仅仅是理论上的，它涉及到从化学到天文学的各个科学应用领域。

来自韩国大田基础科学研究所的核物理学家Panagiota Papakonstantinou接受Nature采访时说：“理解中子“皮肤”和“晕圈”之所以非常重要，原因之一是这有助于我们解读天文观测资料。”

中子“皮肤”和“晕圈”

由于超致密恒星核心内包含这些重元素，了解它们的构成方式将令我们能够弄清楚恒星的活动。这是个很大的问题，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“皮肤”，你必须足够迅速，因为微粒几乎在完成的同时就开始衰变了。如锂11的半衰期就仅为8.6毫秒。

将反质子撞击到这些超大原子核，使我们能够确定其中的粒子排列。反质子既能与质子相遇湮灭，也可与中子相遇湮灭。通过测量反质子与两种正粒子湮灭的频率，科学家们就能得出两种粒子在原子核边缘的相对密度。这正是PUMA项目诞生的根由。

运输“反物质”

但当CERN的研究人员计划完成这个创举时，找到一个堪当此任的货车却不是那么容易的事情。

反物质以其不稳定性著称，与正物质的任何接触都会让它们湮灭并放出能量。不仅如此，自20世纪中叶以来，物理学家实际上一直在使用粒子加速器（如CERN的巨大粒子加速器）制作和研究反物质粒子。欧洲核研究组织（CERN）的粒子物理学家们操作着世界上最大的粒子物理实验室，在许多不同的实验都能制成反物质，但它的捕获、储存和运输仍是一项极艰巨的任务。

因此，如何对反物质实现有效的控制成为了首要的问题。

Obertelli和他的合作者企图创下储运10亿个反质子的记录，如果成功，这以数目将是现有纪录的一百倍。而另一个困难是要将它们保存数周，目前能达成这一条件的只有几十个反粒子。它们被捕获在一个特殊的电磁场陷阱内，温度需控制在绝对零度以上4度左右，并且保证与太空相媲美的真空度。“这是一个具有挑战性的项目，” CERN的反物质物理学家Chloé Malbrunot说道，“但未必不可行。”

用以捕获反质子的“陷阱”装置

CERN的反质子减速器制造反质子，同位素质量分离器（ISOLDE）制造放射性物质，这是一场动人心魄的时间竞赛。

如果“爆炸”？

他们会将这套复杂的磁力保温瓶装入一辆货车，依靠货车驶近一小段距离，然后将这些微粒运送至ISOLDE，在那里它们将会被投放至目标研究。

但是，反物质很早就因其蕴藏的巨大能量而威名在外。1克的反物质与正物质湮灭释放的能量，威力将是广岛原子弹的2.5倍。仅需几十毫克用作燃料，它便能把人送往火星。

那么这么危险的反物质，在运输过程中发生爆炸怎么办呢？

实际上，人类此刻能造出来的反物质实在少之又少，其引发的事故后果根本不足忧心。研究人员笑说，即便司机在路上再怎么使劲颠簸，他们也无需担心——因为车里的反物质的量，连炸毁一个苹果都不够，遑论研究机构呢？

反物质因与正物质湮灭而释放巨大能量

理论核物理学家Charles Horowitz说，“驾驶卡车运送反物质，听起来像是科幻小说，可这的确是一个绝妙的主意。“

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