反物质：世界的终极镜像
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间产生的核反应，也仅仅只有约3%的物质转化
成能量。
反物质武器
谢谢！
1997年，美国天文学家发现在银河系上方有一个高达 2940光年的“反物质喷 泉”。
1998年，丁肇中发起的寻找宇宙反物质事件，使得这一领域一度成为全球科学
家最为关注的焦点。
三、反粒子的寻找与制造
2001年，沈文庆院士牵头组织中国其他四家单位正式加入RHIC- STAR ，并开 始了基于多气隙电阻板室技术飞行时间探测器（TOF）的研制。 2009年，STAR-中国组完成飞行时间探测器模块，并安装在STAR探测器上。 2010年，上海应用物理所等STAR合作单位发现首个反物质超核——反超氚核。 2011年，RHIC-STAR国际合作组探测到氦核的反物质粒子——反氦4核。
四、破缺的镜像
自然的对称美
四、破缺的镜像
破缺的宇宙
宇称不守恒
宇称：
描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数 ,引记为P。它只有两个值 +1和-1。如果描述某一粒子的波函数在空间反演变换(r→-r)下改变符号，该粒 子具有奇宇称(P=-1)，如果波函数在空间反演下 保持不变，该粒子具有偶宇称 (P=+1)；n个粒子组成的系统的宇称等于这 n个粒子宇称之积再乘以这 n个粒子 之间的n-1个轨道宇称之积。
14 6
C N e
14 7 0 1
三、反粒子的寻找与制造
反粒子又该如何获得，它们之间又是怎样转化的呢？
磷的放射性：
30 15
P Si e
30 14 0 1
γ射线与铅核作用：产生光辐射（产生的正负电子对湮灭后产生两个光子）
结论：反粒子可以从粒子中得到。
三、反粒子的寻找与制造
反物质的制造方法
车人问题 反氢原子的制造
v车 20m / s
反质子
v反质子 Hale Waihona Puke Baidu正电子
正电子
v人 10m / s
三、反粒子的寻找与制造
反粒子的制造工具
大型强子对撞机
相对论重离子对撞机（RHIC）
三、反粒子的寻找与制造
反粒子年鉴
1956年，美国科学家莱德曼合成了反氘原子核。
1996年，欧洲核子研究中心创造出了第一批真正的反物质原子。
现实中的氢原子的结构
想象中的氢原子的结构
反物质：世界的终极镜像
目录
一、反物质的预言 二、反粒子的发现 三、反粒子的寻找与制造 四、破缺的镜像 五、反物质的威力 六、研究反物质的技术瓶颈 七、反物质的利用前景与担忧
一、反物质的预言
爱因斯坦： 对于一个质量为 m ，所带电荷为 e 的 物质，一定存在一个质量为 m ，所带 电荷为-e的物质。
五、反物质的威力
1908年6月30日凌晨，俄国西伯利亚 通古斯地区的泰加森林里，突然发生 了一场剧烈的大爆炸。 1979年9月22日，美国的一颗卫星拍 摄到了发生在西非沿海一带的酷似强 烈 爆炸的照片。 1984年4月29日，日本等四架飞机飞
抵美国阿拉斯加时发现"蘑菇云”。
通古斯大爆炸
1956年，张伯伦研究小组发现反中子。
1959年，我国物理学家王淦昌发现了反西格玛负超子。
三、反粒子的寻找与制造
粒子之间的转化
核裂变
235 92 1 89 1 U 0 n36 Kr 144 Ba 3 56 0n
核聚变
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
衰 变
七、反物质的利用前景与担忧
星际旅游成为现实
旅途更安全
不会产生残留物
45天内可达火星
反物质飞船
七、反物质的利用前景与担忧
人类面临新的生存挑战
当反物质遇到物质的时候，这些等价但是
相反的粒子碰撞产生爆炸，两者将在瞬间湮灭
并产生大量能量。正是这种能量的完全转化使
反物质变得如此强大。就算是原子弹爆炸时瞬
四、破缺的镜像
1. θ—г疑难
介子 衰变 正介子 中性介子（偶宇称）
介子 衰变 2正介子 中性介子（奇宇称）
（θ介子和г介子具有相同的质量和寿命，
属于同种介子。）
李政道、杨振宁：弱相互作用下宇称不守恒。（获得1957年诺贝尔物理学家）
四、破缺的镜像
2.吴健雄的钴-60实验 实验结果：
六、研究反物质的技术瓶颈
制造反物质价格昂贵，产出量低
没有找到合适的材料盛装反物质
难以实现反物质成为可控能源
七、反物质的利用前景与担忧
能源危机得到根本性的解决
如果反物质和物质相遇，则立刻发生湮灭，转变为能量。这种能量变化遵 循爱因斯坦著名的质能方程
E mc
2
这使得反物质成为最为高效的能源。此，解决能源危机不会再是梦想。
一、反物质的预言
狄拉克：
相对论中能量与动量之间的关系
E c p m0 c
2 2 2
2 4
那么
2 4 E c 2 p 2 m0 c
1933年获得诺贝尔物理学奖。
二、反粒子的发现
1930年，赵忠尧观测到正负电子对的产生与湮灭。
1932年，美国科学家安德森发现了正电子。（1936年获得诺贝尔物理学奖） 1953年，在β衰变的研究中发现了反中微子。 1955 年，美国物理学家 欧文 · 张伯伦 和 埃米利奥 · 吉诺 · 塞格雷 发现了反质子。 （1959年获得诺贝尔物理学奖）
这两套装置得到的末态电子分布图案都并不
是互为镜像的。
宇称守恒条件：
必须左右对称，左右手螺旋两种机会相等。 实验结论：宇称不守恒。
四、破缺的镜像
物质世界的破缺 我们生活在一个物质的世界里，那么反物质的世界在哪里？
观点一：
原本宇宙的物质数量比反物质的数量多一点，物质与反物质相撞湮灭后只 剩下物质，如此我们便没有看到反物质。 观点二： 反物质世界始终存在，只是离我们的物质世界太远而没有办法看到。
成能量。
反物质武器
谢谢！
1997年，美国天文学家发现在银河系上方有一个高达 2940光年的“反物质喷 泉”。
1998年，丁肇中发起的寻找宇宙反物质事件，使得这一领域一度成为全球科学
家最为关注的焦点。
三、反粒子的寻找与制造
2001年，沈文庆院士牵头组织中国其他四家单位正式加入RHIC- STAR ，并开 始了基于多气隙电阻板室技术飞行时间探测器（TOF）的研制。 2009年，STAR-中国组完成飞行时间探测器模块，并安装在STAR探测器上。 2010年，上海应用物理所等STAR合作单位发现首个反物质超核——反超氚核。 2011年，RHIC-STAR国际合作组探测到氦核的反物质粒子——反氦4核。
四、破缺的镜像
自然的对称美
四、破缺的镜像
破缺的宇宙
宇称不守恒
宇称：
描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数 ,引记为P。它只有两个值 +1和-1。如果描述某一粒子的波函数在空间反演变换(r→-r)下改变符号，该粒 子具有奇宇称(P=-1)，如果波函数在空间反演下 保持不变，该粒子具有偶宇称 (P=+1)；n个粒子组成的系统的宇称等于这 n个粒子宇称之积再乘以这 n个粒子 之间的n-1个轨道宇称之积。
14 6
C N e
14 7 0 1
三、反粒子的寻找与制造
反粒子又该如何获得，它们之间又是怎样转化的呢？
磷的放射性：
30 15
P Si e
30 14 0 1
γ射线与铅核作用：产生光辐射（产生的正负电子对湮灭后产生两个光子）
结论：反粒子可以从粒子中得到。
三、反粒子的寻找与制造
反物质的制造方法
车人问题 反氢原子的制造
v车 20m / s
反质子
v反质子 Hale Waihona Puke Baidu正电子
正电子
v人 10m / s
三、反粒子的寻找与制造
反粒子的制造工具
大型强子对撞机
相对论重离子对撞机（RHIC）
三、反粒子的寻找与制造
反粒子年鉴
1956年，美国科学家莱德曼合成了反氘原子核。
1996年，欧洲核子研究中心创造出了第一批真正的反物质原子。
现实中的氢原子的结构
想象中的氢原子的结构
反物质：世界的终极镜像
目录
一、反物质的预言 二、反粒子的发现 三、反粒子的寻找与制造 四、破缺的镜像 五、反物质的威力 六、研究反物质的技术瓶颈 七、反物质的利用前景与担忧
一、反物质的预言
爱因斯坦： 对于一个质量为 m ，所带电荷为 e 的 物质，一定存在一个质量为 m ，所带 电荷为-e的物质。
五、反物质的威力
1908年6月30日凌晨，俄国西伯利亚 通古斯地区的泰加森林里，突然发生 了一场剧烈的大爆炸。 1979年9月22日，美国的一颗卫星拍 摄到了发生在西非沿海一带的酷似强 烈 爆炸的照片。 1984年4月29日，日本等四架飞机飞
抵美国阿拉斯加时发现"蘑菇云”。
通古斯大爆炸
1956年，张伯伦研究小组发现反中子。
1959年，我国物理学家王淦昌发现了反西格玛负超子。
三、反粒子的寻找与制造
粒子之间的转化
核裂变
235 92 1 89 1 U 0 n36 Kr 144 Ba 3 56 0n
核聚变
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
衰 变
七、反物质的利用前景与担忧
星际旅游成为现实
旅途更安全
不会产生残留物
45天内可达火星
反物质飞船
七、反物质的利用前景与担忧
人类面临新的生存挑战
当反物质遇到物质的时候，这些等价但是
相反的粒子碰撞产生爆炸，两者将在瞬间湮灭
并产生大量能量。正是这种能量的完全转化使
反物质变得如此强大。就算是原子弹爆炸时瞬
四、破缺的镜像
1. θ—г疑难
介子 衰变 正介子 中性介子（偶宇称）
介子 衰变 2正介子 中性介子（奇宇称）
（θ介子和г介子具有相同的质量和寿命，
属于同种介子。）
李政道、杨振宁：弱相互作用下宇称不守恒。（获得1957年诺贝尔物理学家）
四、破缺的镜像
2.吴健雄的钴-60实验 实验结果：
六、研究反物质的技术瓶颈
制造反物质价格昂贵，产出量低
没有找到合适的材料盛装反物质
难以实现反物质成为可控能源
七、反物质的利用前景与担忧
能源危机得到根本性的解决
如果反物质和物质相遇，则立刻发生湮灭，转变为能量。这种能量变化遵 循爱因斯坦著名的质能方程
E mc
2
这使得反物质成为最为高效的能源。此，解决能源危机不会再是梦想。
一、反物质的预言
狄拉克：
相对论中能量与动量之间的关系
E c p m0 c
2 2 2
2 4
那么
2 4 E c 2 p 2 m0 c
1933年获得诺贝尔物理学奖。
二、反粒子的发现
1930年，赵忠尧观测到正负电子对的产生与湮灭。
1932年，美国科学家安德森发现了正电子。（1936年获得诺贝尔物理学奖） 1953年，在β衰变的研究中发现了反中微子。 1955 年，美国物理学家 欧文 · 张伯伦 和 埃米利奥 · 吉诺 · 塞格雷 发现了反质子。 （1959年获得诺贝尔物理学奖）
这两套装置得到的末态电子分布图案都并不
是互为镜像的。
宇称守恒条件：
必须左右对称，左右手螺旋两种机会相等。 实验结论：宇称不守恒。
四、破缺的镜像
物质世界的破缺 我们生活在一个物质的世界里，那么反物质的世界在哪里？
观点一：
原本宇宙的物质数量比反物质的数量多一点，物质与反物质相撞湮灭后只 剩下物质，如此我们便没有看到反物质。 观点二： 反物质世界始终存在，只是离我们的物质世界太远而没有办法看到。