反物質不光有助我們了解宇宙起源和性質,更被看做最理想的清潔能源,甚至星際航行的超級燃料。但是如何制造數量足夠多、保存時間足夠長的反物質一直困擾著我們,當前大型強子對撞機要一千年才能夠對撞出一微克反物質。近日,物理學家利用激光成功造出的桌面級別反物質“槍”是反物質研究領域的一大突破。
一個由美國密歇根大學、英國貝爾法斯特女王大學等機構研究人員組成的國際小組,最近成功地造出了一種桌面級別的反物質“槍”,能噴出短促的正電子脈沖。發表在《物理評論快報》上的相關論文,描述了怎樣制造這種“槍”,有何功能以及可能的用途。
正電子與電子相反。它除了能在實驗室創造出來,還存在于黑洞和脈沖星發出的噴流中。迄今為止,要產生研究用的正電子,所用設備都是很大且昂貴的機器,如歐洲粒子物理研究所(CERN)的粒子加速器,美國勞倫斯·利物浦國家實驗室的設備,通過向一個微小的金盤發射能量極高的激光來產生正電子。其他最新成果還有得克薩斯大學造出的一臺桌面級別的加速器,新研究就是以此為基礎。
研究小組造出的設備不超過1米長,能產生短促的電子和正電子脈沖,而黑洞和脈沖星發出的噴射和該研究報道的脈沖非常相似。為了產生正電子,他們向氦氣樣本中發射一束激光,這樣會產生一束高速電子流。那些電子在一片極薄金屬箔的引導下,撞進單個的金屬原子中,而這種撞擊會導致一束電子和正電子流被發射出來,這兩種電子可以通過磁場分離開來。
據報告,這種正電子槍每次“開火”持續時間僅30飛秒(1秒=1015飛秒),但每次產生的正電子達到每立方厘米1015個,這一密度水平能跟CERN生成的正電子密度相媲美。
研究人員提議,他們的設備可用來模擬黑洞或脈沖星發出的噴流,有望為相關問題提供一些解答,如噴流中各種粒子的比例,它們攜帶的能量,噴流發出后粒子與環境相互作用方式等。
反物質“槍”的出現意味著正電子或者說反物質制造設備的小型化,以及制造效率的大幅提高,也從另一方面證明激光在反物質研究中具有重要的應用價值。
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