湮灭及湮灭反应

文章作者:无情剑客 | 2015-12-10
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物质和它的反物质相遇时,会发生完全的物质能量转换,产生如光子的能量形式,这个过程称之为湮灭(英文:annihilation),又称互毁、相消、对消灭。例如电子与正电子之间的有效碰撞后消失并产生夸克等新物质与高能光子(y射线)等能量的过程。

湮灭

    最早发现的反物质是反质子和反电子,物理学家们早就熟悉它们,并且意识到它们和构成我们身边物质的通常的基本粒子仅有极其微小但却是原则性的差别:它们和对应的基本粒子具有相同质量,但如果有电荷,必然和通常的基本粒子相反,如质子带正电,反质子就带负电;电子带负电,反电子则带正电(其实它最早就被称为正电子)。那些没有电荷的粒子,如中子,也有它们对应的反粒子,正反中子的区别在于自旋,这是一个表示粒子磁性的参数。

    几乎所有已知粒子的反粒子都被发现了,只有光子是个例外。物理学家论证了不存在反光子,因为反光子就是光子自己。各种成对的粒子与反粒子一旦相遇,便会在释放出γ射线、π介子和极大能量的同时同归于尽,这就是所谓“湮灭”效应。

    宇宙中存在着我们看不见摸不着的"反物质世界",它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子核是由反质子和反中子构成的"反核",外有正电子环绕。反物质一旦同我们世界的"正物质"接触,便会在瞬间发生爆炸,物质和反物质变为光子或介子,产生"湮灭"现象。

    所谓湮灭反应,就是正反物质相遇所产生的爆炸。大家几乎都知道在宇宙这个"自然界"有原理或工作正好相反的物质,我们为区分它们,所以叫它们正物质与反物质.这两个物质一旦相遇便会产生爆炸。

    英国物理学家狄拉克把量子力学与高速运动所必须的相对论力学相结合导致产生了反物质的概念。1932年,由美国物理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子,从而证实了狄拉克的理论。

    在宇宙中,天文学家们发现经常会出现一种爆炸,经过科学家们的分析,这种爆炸是由正、反物质的湮灭其遵守爱因斯坦的质能守恒定律E=mc^2中E为湮灭产生能量,m为物质湮灭前总质量,c为光速3x10^8米/秒。举例来说,二分一克反物质湮灭所产生的能量和广岛市原子弹爆炸所产生的能量相当。(即是一克反物质湮灭所产生的能量约为20-30千吨TNT当量,或者是大约200万千卡)引起的,威力巨大,同时伴随有γ射线的产生,景象十分壮观。

    湮灭一旦发生,正反物质的质量将全部转化为能量,按照爱因斯坦的质能公式E=mc^2释放巨大的能量,就目前所知道的所有物理反应而言,这是效率最高的燃烧方式。我们可以比较一下每公斤星际飞船发动机燃料的效果,很理想的化学反应可以产生1×10^7焦耳的能量,核裂变产生8×10^13焦耳,核聚变产生3×10^14焦耳,而反物质的湮灭能产生9×10^16焦耳,是氢氧化学反应的1百亿倍,太阳核心热核反应的300倍。

湮灭

    这种飞船的比冲量将是最高的,而推重比也可能是最高的。

湮灭

    一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年,而航天飞机那么巨大的燃料箱和推进器中的燃料完全可以用100毫克的反物质代替。据科学家们估算,每百万分之一克的反质子与质子发生湮灭(爆炸)后释放的能量相当于37.8公斤的TNT炸药,其威力之大令世人震惊。

    在通古斯曾经发生过一次大爆炸,连地球另一端也感觉到这爆炸产生的震动,叫做通古斯大爆炸.如此巨大的爆炸居然连一个碎片也未找到,科学家疑此为一个由反物质构成的小行体撞击地球,与空气发生湮灭反应导致如此威力巨大的爆炸.可能宇宙某一处有反物质构成的世界,或许还有反物质构成的生命。

    美国物理学家杰拉德·史密斯近十几年来一直在追寻反物质,他想用磁场把反物质“囚禁”在一种特殊容器中,以便利用反物质为燃料制造亚光速宇宙飞船。

 

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