2.27 自然界有反物质存在吗

侯工

英国理论物理学家狄拉克在1928年预测一种电子的反粒子即正电子的存在，正电子的质量与电子（准确说是负电子）相等，但携带的却是正电荷。1932年，美国物理学家安德逊在宇宙射线实验中果然发现了正电子，证实了狄拉克的预言。

其实，只要了解质子的构造，对正电子的存在是不须预测的，因为质子里就存在一个正电子，所以质子携带一个正电荷。安德逊在宇宙射线实验中发现的正电子，正是从质子中跑出来的。这种正电子也叫做“反电子”，是说它是反粒子，实际上是反粒子电子。

为什么质子中可以存在正电子？这是弱力的作用。弱力将中子进行负贝塔衰变，即将中子中的一对电子中的负电子抽出，这个中子就成为质子了。

在自然界，确实有反粒子电子存在，但它不能长期单独存在，只能长期存在于质子内。如果它一旦离开质子，很快就会与其它电子碰撞而解体。

既然反粒子电子不能长期存在，那么就不可能由反粒子电子构成反质子，因而不能构成反物质。原因是当反粒子电子离开质子时，它的速度接近光速，瞬间就会遇到电子而解体成为中微子，所以存在的时间只有千万分之一秒左右，根本来不及构成反质子。

人们只有在实验室的条件下才能制造出少量的反质子来。欧洲核子研究中心的科学家曾经利用高能粒子对撞机（也叫做离子加速器）这种技术制造出第一个反质子，后来共制造了九个反氢原子，每一个的生命只有40纳秒（4X10^-8秒）。经过一段时间，到1998年他们才把反氢原子的产量增加到了每小时2000个，可见造价不菲。

当反氢原子这种反物质和任何物质相遇的时候，都会由于高速且转向相反而产生爆炸，同时放射出伽马射线和中微子，因此在自然条件下是不存在反物质的。