超心理科學版（Life論壇）-【轉貼】打開研究宇宙大門首次捉住反物質[佛網Life論壇]

一個稱為光明會的古老地下組織，長期與天主教為敵，從歐洲核子研究中心 (CERN) 的大型強子對撞器（Large Hadron Collider, LHC），盜取了 0.25 公克的「反物質」，預備炸毀梵蒂岡，同步教廷的內奸裏應外合，綁架主教、毒殺教宗。這是達文西密碼作家丹布朗 (Dan Brown) 在「天使與魔鬼」一書裡的情節，隨著達文西密碼的走紅，這本書也被好萊塢拍成電影，「反物質」這個名詞因而傳開。

那麼小量的反物質為什麼能炸毀梵蒂岡，因為反物質極不穩定，與一般的物質一旦結合，會產生巨大的爆裂，至少在理論上如此。唯實際上目前所能製造的反物質極為微量，所維持的時間也極短，產生的能量不足以熱一杯茶。但在歐洲核子研究中心的科學家們，卻製造出 38 個氫氣的反物質原子，而且維持六分之一秒之久，遠超過以前的研究結果，也成為第一次「捉住」的反物質，成果在自然雜誌 (Nature Magazine) 發表。

什麼是反物質 (Antimatter)？簡單的說，一樣東西的存在，必有一樣正好相反的東西存在，好像鏡子裡外兩面，以鑄造硬幣為例，在金屬板上打出一個硬幣，金屬板上就留下一個洞，如果說硬幣是物質，金屬板上的洞就是反物質。在現實世界裡都是實體的物質，看不到反物質，因為反物質並不存在於自然界，只能以人工方式製造出來，現在歐洲核子研究所的大型強子對撞器，就是方法之一。

對撞器讓原子裡的粒子以接近光速對撞，結果產生了帶正電的反電子 (Positron)、與帶負電反質子 (Antiproton)，經科學家結合成為反氫原子 (Antihydrogen)。氫原子的結構最簡單，由一質子 (Proton) 外圍一個電子 (Electron) 組成，質子帶正電、電子帶負電，如果質子帶負電、電子帶正電，就成為一個「反氫」的原子。上圖（點選放大）左側是正常的氫原子結構，右側則是反氫的原子結構，兩個原子結構相同，只是質子與電子的電極對調。

在 140 億年前，宇宙僅是一小塊體積，但密度與溫度都非常高，突然一聲巨響，體積內的粒子與反粒子配對結合，產生了極大的能量，然後溫度急速下降，粒子與反粒子的結合漸緩，使得極少量的粒子找不到反粒子配對成為剩餘物，就逐漸發展成物質，形成包括地球在內的宇宙，而爆炸所產生的能量、以及陷在裡面的反粒子，就轉變成輻射線分散宇宙各處。這就是科學家根據愛因斯坦相對論的質量與能量交換定理，勾畫出來的宇宙誕生：大爆炸 (The Big Bang)。

研究反物質的目的，是試圖找出宇宙誕生的秘密，也就是證實大爆炸的理論，如果能把物質與反物質做一次結合，找到大爆炸以後的「剩餘物」，那就證實了大爆炸的理論了。當然為了安全，大爆炸僅能以極小規模在實驗室裡做，事實上以現在的技術也製作不出多少反物質，要大爆炸也不可能，距丹布朗小說裡的場景，還差得遠呢。

科學家在 1995 年已經能製造少量舜間即逝的反氫原子，2002 年又有科學家提出了低能量製造大量反氫原子的方法，這次實驗是在絕對溫度 40°K (-233°C) 之下，把一串反質子注入有 4 萬個粒子的雲霧之中，然後輕輕送進數以百萬的反電子群裡，一共約合成了 10 萬個反氫原子。然後加以強力磁場，最後吸引住 38 個反氫原子，歷經六分之一秒之後，就逃脫與氫原子結合，產生了一個小小的大爆炸。

科學家對這一成果興奮不已，期望研究宇宙的大門從此打開，現已有好幾組科學家做這方面的研究。至於為什麼要研究宇宙的誕生，這與我們現實生活遠得不能再遠，我只想到一個理由：因為他們是科學家。