仰望星空，我們所能看到的世界基本都是由正物質(zhì)構(gòu)成的，它們形成了你我，形成了生命。然而，宇宙中也存在著正物質(zhì)的對立——反物質(zhì)。
自然界紛呈多樣的宏觀物體還原到微觀本源，都是由原子核（包括質(zhì)子和中子）和電子所構(gòu)成的。通常，原子核帶正電，電子帶負(fù)電。反物質(zhì)則是正常物質(zhì)的鏡像，它們擁有帶正電荷的電子和帶負(fù)電荷的原子核。正物質(zhì)和反物質(zhì)相遇后，會瞬間湮滅成為能量，能量釋放率要遠(yuǎn)高于氫彈爆炸，這巨大的能量被認(rèn)為是未來最理想的能源之一。
上世紀(jì)二三十年代，英國物理學(xué)家狄拉克基于量子力學(xué)和相對論首次提出反物質(zhì)概念。1932年，美國物理學(xué)家安德森發(fā)現(xiàn)“反電子”并命名為正電子，因此獲得1936年諾貝爾物理學(xué)獎。其實(shí)，此前中國物理學(xué)家趙忠堯已經(jīng)觀察到了“反電子”跡象，只是當(dāng)時沒有意識到這就是反粒子。此后，人們開始利用粒子加速器人工制造并研究反粒子，1955年制造出反質(zhì)子，后來又陸續(xù)制造出反中子、反氘核甚至反氦四。1995年，在歐洲核子中心制造出了反氫原子。這些反物質(zhì)粒子和正物質(zhì)粒子除了電荷不同，其他性質(zhì)幾乎相同。
物理學(xué)家認(rèn)為宇宙起始于大爆炸，大爆炸之后應(yīng)該有相同數(shù)量的物質(zhì)與反物質(zhì)。但為什么我們周圍的自然界中幾乎沒有反物質(zhì)呢？反物質(zhì)去了哪里？目前有兩種解釋：一種認(rèn)為是由于大爆炸產(chǎn)生的正反物質(zhì)在宇宙演化中的性質(zhì)不同，反物質(zhì)逐漸消失，只剩下正物質(zhì)，不過目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不支持這一結(jié)論；另外一種認(rèn)為大爆炸產(chǎn)生的物質(zhì)和反物質(zhì)分別處在宇宙中的不同區(qū)域。
很多科學(xué)家相信，在宇宙的遙遠(yuǎn)之處有大范圍的反物質(zhì)星系區(qū)存在，那里的宇宙射線主要由反質(zhì)子和反氦四組成，其中部分會飛進(jìn)我們這個由正物質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域。這樣放置在地球大氣層之外的磁譜儀就能接收到它，這是阿爾法磁譜儀（AMS）實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的主要物理目標(biāo)之一。
AMS是由諾貝爾物理學(xué)獎獲得者丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的大型國際合作，發(fā)起人包括中國科學(xué)院院士陳和生和王貽芳。AMS探測器2011年升空，到目前已經(jīng)持續(xù)運(yùn)行超過7年，獲取了超過1200億宇宙線事例，并將持續(xù)運(yùn)行到國際空間站使命結(jié)束，不早于2024年。AMS的核心“永磁體”由中國研制，其電磁量能器由中國、意大利和法國共同研制。
AMS能準(zhǔn)確區(qū)分宇宙線中的各種不同粒子，找出從遙遠(yuǎn)的太空飛到AMS的反氦四粒子。反氦四是氦核的反物質(zhì)粒子，被認(rèn)為不太可能由碰撞產(chǎn)生。所以，如果能從宇宙射線中觀測到反氦四粒子，將是反物質(zhì)天體存在的有力證據(jù)。
近期，丁肇中在歐洲核子中心的報(bào)告中稱，已經(jīng)觀察到兩個反氦四候選事例。若AMS的結(jié)果證實(shí)了遠(yuǎn)處有反物質(zhì)區(qū)域存在，將為揭開反物質(zhì)缺失之謎提供重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，是里程碑式的物理成果，值得期待。
?。ㄗ髡呃钭婧溃袊茖W(xué)院高能物理研究所研究員、高能所AMS實(shí)驗(yàn)物理分析協(xié)調(diào)人）
原載于《人民日報(bào)》2018年11月29日第22版，http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2018-11/29/nw.D110000renmrb_20181129_2-22.htm
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