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1928年，英国理论物理学家狄拉克提出了反粒子的概念。狄拉克认为，粒子与反粒子除了所带电荷不同外，质量等性质完全相同，例如其中之一反质子，除了电荷为负外，其他一切都与质子相同。此后，各种反粒子纷纷被科学家找到。
反粒子喷泉
为了探索反粒子的奥秘，目前科学家采取了两种途径，一是在自然界中寻找反粒子，研究反粒子的自然状态；二是在实验室中制造反粒子，从更多的角度研究反粒子。1997年4月，美国海军研究实验室、西北大学和加州大学伯克利分校等五个著名研究机构的天文学家宣布，他们利用先进的伽马射线探测卫星，发现在银河系上方约3500光年处，有一个不断喷射反粒子的反粒子源。它喷射出的反粒子在宇宙中形成了一个高达2940光年的“喷泉”！
反粒子在地球上似乎是非常稀少的。美国和日本的科研小组利用仪器，曾经检测到宇宙辐射来的反质子，但是数量很少，几年的时间也仅仅发现了数百个。而现在，宇宙中竟然出现了规模巨大的反粒子喷泉，令人惊讶，同时又不禁疑惑：这么多的反粒子来自何方？
来自暗物质？
科学家认为，约140亿年前宇宙诞生时产生了大体相等的物质和反物质，而现在我们所接触的世界中，几乎全部是物质，反物质微乎其微。那些反物质到哪里去了?一种解释说在宇宙的某些地方存在着由反物质组成的星系；还有一种解释说宇宙诞生时产生的物质比反物质多了一点，物质与反物质相互湮灭后，剩下的物质就构成了现在的宇宙。
因此，人们首先猜测，反粒子可能来自暗物质。宇宙中充满了不能用光(电磁波)手段观测的暗物质，据说暗物质的总质量是可见物质总质量的几十倍。暗物质的庐山真面目如何，目前还不清楚。不过，科学家猜测，数量稀少的中微子可能是暗物质存在的有力证据。如果中微子以暗物质的形式存在，则它应该以光速的1/100速度在银河系内纷飞。理论预测，这些中微子之间相互碰撞，能够生成反粒子。这似乎能解释为什么宇宙中仍存在反粒子。
然而，这种理论上预言的反质子的能量分布，和实际观测到的反质子的数据有出入。理论计算，通过中微子而产生的反质子，能量应该比较高，而美国和日本的科研小组实际捕捉到的反质子，能量很低。因此，目前把暗物质作为反粒子的来源地，似乎还站不住脚。而且，中微子碰撞是零星的，虽然可以解释到达地球的反粒子稀少的事实，却无法解释巨大的反粒子喷泉的形成。
看来，反粒子似乎另有来源。
源于微黑洞的蒸发？
另一些科学家猜测，反粒子的来源也许是微黑洞，在微黑洞蒸发的过程中，有可能产生了反粒子。
黑洞是引力极大，连光都不能逃逸的天体。黑洞有几种类型，其中比太阳质量重几倍的巨星演化到最终阶段，以超新星的形式爆发，引起引力坍缩，最后会形成半径只有几千米大的微黑洞，这种黑洞比位于银河系中心的巨大黑洞小许多。此外，英国物理学家霍金曾经研究过极端微小的黑洞。他认为，在宇宙大爆炸后的瞬间，由于某些原因，宇宙中出现了能量密度分布不均，产生了一些极端的区域，密度高而体积小，自身引力坍缩，也有可能形成微黑洞。10亿吨物质形成的黑洞，比只有10-16米直径的质子还要微小。
如果微黑洞在目前的宇宙中确实存在，而且数量可观，那么它们在黑洞蒸发时，有可能会释放出反质子，这是1974年霍金提出的黑洞蒸发的理论所预言的。如果按照比质子还小的微小尺度计算，能量和物质无法保持稳定，它们将发生波动。就连没有物质的黑洞周围的真空，也会由于这个原因，频繁出现粒子和反粒子的生成和湮灭。假如黑洞表面的真空确实会如此波动，那么粒子或反粒子的任何一方都有落入黑洞强引力场的可能。与此同时，对应的另一个粒子从黑洞被蒸发出去，这就是霍金辐射。
也就是说，黑洞并非只吞食物质和能量，那些比质子尺寸还小的微黑洞有可能因为其周围强引力场下的量子效应，也会蒸发出粒子或能量。而且霍金还计算出，黑洞释放粒子的能力与黑洞的质量成反比。所以，黑洞会逐渐释放越来越多的粒子，黑洞的温度也越来越高，最终导致黑洞在强烈的辐射暴中彻底消失。
一旦微黑洞的温度足够高，在其寿终正寝之前的几千万年中，它会不断地释放质子或反质子等粒子。如果这个理论成立，那么来自宇宙的低能量的反质子就成为搜索微黑洞的绝佳信号，而新发现的反粒子喷泉的源头，也许就是一个微黑洞。 |
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发表于 2006-10-12 20:53:42
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发表于 2006-10-13 12:16:42
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