發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子標(biāo)志著人類對(duì)反世界的認(rèn)識(shí)又上了一個(gè)新的臺(tái)階，這是狄拉克理論的一個(gè)勝利，也是人工加速帶電粒子的努力所取得的又一項(xiàng)重大成果。粒子和反粒子之間的對(duì)稱性，成了物理學(xué)的一個(gè)新真理。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)令人們猜測(cè)，可能存在一個(gè)反世界。

狄拉克的預(yù)言

1928年，狄拉克預(yù)言了反質(zhì)子的存在，但證實(shí)它的存在卻花了20多年的時(shí)間。根據(jù)狄拉克的理論，反質(zhì)子的質(zhì)量與質(zhì)子相同，所帶電荷相反，質(zhì)子與反質(zhì)子成對(duì)出現(xiàn)或湮沒，用兩個(gè)普通的質(zhì)子碰撞便可獲得反質(zhì)子。

20世紀(jì)50年代，在伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室，以勞倫斯為首的核物理學(xué)家們正在努力建造一種能量更高，規(guī)模更大的加速器——質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器。他們的目標(biāo)指向新的核子。電子的反粒子早已于1932年被發(fā)現(xiàn)，這就是反電子。根據(jù)狄拉克理論，人們一直在期望能發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子和反中子。只要簡(jiǎn)單地把狄拉克理論應(yīng)用到質(zhì)子，就可以預(yù)見到反質(zhì)子的特性，其質(zhì)量和質(zhì)子相等，電量和磁矩則大小相等且符號(hào)相反，但是，斯特恩卻發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的磁矩和狄拉克理論的推算竟完全不同，這清楚地表明了，不能作簡(jiǎn)單的類比。雖然觀察宇宙射線對(duì)此能有所啟示，例如1947年海瓦德就曾報(bào)道過觀察到類似的事例，卻不能做出明確的結(jié)論。

▲伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室外景

西格雷和張伯倫的發(fā)現(xiàn)

1955年伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器的能量達(dá)到了6Gev，相當(dāng)于在質(zhì)量中心可達(dá)2GeV。這是要產(chǎn)生質(zhì)子—反質(zhì)子對(duì)所需的最小能量。人們正是按這要求設(shè)計(jì)這臺(tái)大型加速器的。

張伯倫—西格雷小組用這臺(tái)設(shè)備把質(zhì)子加速到6.2GeV，打到銅靶上，如果一切正常，應(yīng)該能從出射束中檢測(cè)到反質(zhì)子。但是出射束是質(zhì)子、中子和各種介子的混雜物。要從這堆亞原子的混雜物中檢測(cè)出反質(zhì)子卻不是一件容易的事。它帶負(fù)電，用磁場(chǎng)就可以從其在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)檢驗(yàn)出來。但要確定其質(zhì)量，卻必須對(duì)它同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的量：動(dòng)量和能量（或速度和射程）。這一測(cè)量是用磁裝置和在10米多遠(yuǎn)處安裝的切連科夫計(jì)數(shù)器進(jìn)行的。從照相乳膠所得的爆炸性核蛻變“星形”徑跡記錄，可以判斷是反質(zhì)子轟擊原子核的事件，從而證明了反質(zhì)子的存在。

張伯倫和西格雷的成功標(biāo)志在于：他們能從包含有許多其他粒子的射束中鑒別出非常稀少的反質(zhì)子。用磁場(chǎng)分析射束，3萬個(gè)粒子中僅有一個(gè)是反質(zhì)子，而用早期的裝置每15分鐘才能記錄到一個(gè)反質(zhì)子。當(dāng)他們記錄到40個(gè)事件在誤差范圍內(nèi)顯示有反質(zhì)子之后，他們才肯定確實(shí)是發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子。

次年，考克等人也用計(jì)數(shù)器方法顯示了反中子的存在。他們是用反質(zhì)子轟擊質(zhì)子，在湮沒過程中產(chǎn)生了中子和反中子。1958年又有人用π介子束使核乳膠記錄到反A粒子。伯克利的阿爾瓦雷斯用氫泡室發(fā)現(xiàn)了反∑粒子。

1955年西格雷和張伯倫發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子標(biāo)志著人類對(duì)反世界的認(rèn)識(shí)又上了一個(gè)新的臺(tái)階，這是狄拉克理論的一個(gè)勝利，也是人工加速帶電粒子的努力所取得的又一項(xiàng)重大成果。

1959年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)加利福尼亞州伯克利加州大學(xué)的西格雷和張伯倫，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子。

可能存在一個(gè)反世界

自1951年能夠產(chǎn)生介子的同步穩(wěn)相加速器開始在芝加哥運(yùn)轉(zhuǎn)以后，那里的科學(xué)家就集中力量尋找各種基本粒子存在的證據(jù)。費(fèi)米發(fā)現(xiàn)正π介子與質(zhì)子的碰撞截面顯出非常高的極大值。在這以后，人們?cè)谶@一能區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種新粒子。

這些新發(fā)現(xiàn)令人們相信，反物質(zhì)是存在的，甚至還可能存在一個(gè)反世界。

粒子和反粒子之間的對(duì)稱性，成了物理學(xué)的一個(gè)新真理。對(duì)每個(gè)粒子都有其質(zhì)量相同，電荷相反，奇異數(shù)相等也相反，自旋相等，磁矩相等和相反的反粒子。簡(jiǎn)言之，所有的性質(zhì)或是相同或是相反。人們相信，如果用反質(zhì)子和反中子代替原子核中的質(zhì)子和中子的話，就得到一個(gè)反原子核。如果再配以反電子即正電子，就可形成反原子。再用反原子組成反分子，甚至可以構(gòu)成反物質(zhì)和在宇宙里存在反物質(zhì)區(qū)。這一切仍然是一個(gè)神秘的未知世界。