持续不足1秒伽马射线暴可能毁灭地球生命(图)

2011年10月09日07:19腾讯科技[微博]悠悠/编译我要评论(98)

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[导读]目前，最新一项研究表明，来自星系碰撞产生的伽马射线暴将导致地球生物灭绝，甚至这种伽马射线暴仅持续不足1秒，但对地球生命构成的损害却是致命的。

腾讯科技讯（悠悠/编译） 据美国太空网站报道，日前，美国科学家最新研究显示，地球生命的持续性取决于其它星系的爆炸事件，诸如两颗恒星碰撞释放强烈太空放射线对于地球物种消亡事件具有重要影响。

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两颗恒星碰撞产生的伽马射线暴可释放数吨高能量伽马射线进入太空，研究人员发现像这样的爆炸将耗竭地球臭氧层。破坏臭氧层将导致紫外线抵达地球表面，紫外线能够改变地球生物的基因。

两颗恒星碰撞产生的伽马射线暴可释放数吨高能量伽马射线进入太空，研究人员发现像这样的爆炸将耗竭地球臭氧层。破坏臭氧层将导致紫外线抵达地球表面，紫外线能够改变地球生物的基因。目前，研究人员开始通过化石记录来研究分析伽马射线暴对地球生物灭绝事件构成的影响。

美国堪萨斯州华盛本大学研究员布莱恩-托马斯(Brian Thomas)发表声明称，我们发现一种极为短暂的伽马射线暴可能比持续时间较长的另一种伽马射线暴更具威胁性。放射持续时间并不是放射量大小的决定因素。这项研究报告将发表在10月9日在明尼阿波里斯市召开的美国地质学会年度会议上。

伽马射线暴具有两种形式：持续时间较长、较为明亮和持续时间较短的伽马射线暴，后者持续时间甚至不足1秒，却能释放出比前者更多的放射线。如果像这样的伽马射线暴出现在银河系内部，对地球构成的放射性危害将更加持久。释放的放射线可抵达地球大气层，导致自由氧原子和氮原子碰撞在一起，并部分结合形成叫做一氧化二氮的摧毁臭氧化合物。一氧化二氮在大气层中可长时间存在，可对臭氧层持续进行破坏，直至它们像雨点一样从空中降落下来。

这种短暂伽马射线暴可能是密集中子星或者黑洞发生碰撞产生的，研究人员估计像这样规模的碰撞可能在任何给定星系中每1亿年出现一次。按照这一速率，地球在其45亿年历史中曾遭受了多次短暂伽马射线暴。

臭氧层遭受破坏将对地球生命造成许多影响，放射线将对地球食物链的植物和动物构成肆虐破坏，很可能导致全球范围内的物种灭绝事件。

美国宇航局雨燕人造卫星收集的增强和累积数据观测到其它星系中存在伽马射线暴，其释放的短暂伽马暴可对地球生命构成威胁。目前，研究人员正在之前伽马射线暴的证据，其中包括：仅在放射性事件轰击地球形成的特殊元素，例如：较重的铁元素。

目前，托马斯正与古生物学家协同研究化石记录物种灭绝事件中重铁元素的相关等级。

暗物质：费米伽马射线探测器发现正电子异常

2011年09月15日07:10腾讯科技[微博]Everett/编译我要评论(3)

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[导读]科学家使用费米伽马射线空间望远镜探测近地空间的正电子分布情况，认为额外增加的正电子或存在暗物质参与。

腾讯科技讯（Everett/编译）据国外媒体报道，美国斯坦福大学直线加速器研究中心的科学家所领导的研究小组认为，寻找暗物质的踪迹，可以通过一个更“聪明”的办法，即利用地球本身作为一个“科学仪器”，再由位于轨道上的以美国宇航局为主要领导方的费米伽马射线空间望远镜进行观测。从2009年开始，科学家就发现了一个惊人的现象：宇宙射线中反物质粒子数量过剩，这可能就是一种暗物质所表现出的迹象特征。该项研究成果已经发表在《物理评论快报》期刊上，虽然并没有解决这些额外的正电子来自何处的问题，但是这个发现代表了一个对先前研究成果的确认，使得科学家将延长观测这些正电子异常的现象。

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艺术家绘制的天鹅X-3伽马射线示意图

图像中，紫色区域包含了正电子，而电子却被地球的主体结构所闭塞，在橙色的区域中，只有电子存在，而正电子却不能进入该区域，最后的绿色区域，则完全脱离了地球主体的影响，对正电子和电子而言，都是可以自由进出的。

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近地空间正负电子分布图像与地球磁场影响

在此之前，由俄罗斯与欧洲联合研制的PAMELA探测器在天体物理学上就掀起了一阵波澜。该探测器全称为“反物质-物质探测与轻核天体物理学探测平台”，主要研究方向为日地空间环境以及太阳系范围内宇宙空间的高能粒子，并发现了在地球外层空间中两层范艾伦辐射环之间存在着反物质粒子分布，这也使得科学家幻想着利用这些反物质来加速未来的宇宙飞船。但是，在该项研究中，科学家发现：宇宙中出现的额外正电子-电子反物质对，来自宇宙神秘的天体物理源，比如，脉冲星，或者一个更奇特的发射源。科学家也猜测其可能产生于暗物质粒子的湮灭。

而这两个来源是一个有理论支持的观点，在脉冲星的强大的磁场中，可以认为是一种“磁场大漩涡”，结构上未知的复杂性，使得暗物质粒子在通过这些磁场的时候，受到强引力的作用，这些影响对暗物质粒子而言是巨大的，这个理论对之后的星系形成以及宇宙结构上的作用有着非常大的导向性。

根据斯坦福直线加速器研究中心的理论物理学家和暗物质专家迈克尔佩斯金（Michael Peskin）认为：欧洲PAMELA暗物质探测器研究成果的确认对天体物理学而言，是非常重要的，不论它是否是暗物质，现在并不是每个人都能接受PAMELA暗物质探测器所得到的结果，并且甚至怀疑结果的真实性。由于美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜主要探测的对象是宇宙伽马射线，该射线是宇宙中已知的具有最高能量光子发射的射线，具有极强的穿透能力。

因此，天体物理学家并不需要对探测到的信息进行太多的过滤处理，可以使用伽马射线探测器直接对正电子异常现场进行探测，并可以发现它们。对此，位于斯坦福大学的直线加速器研究中心以及卡夫林研究所的粒子天体物理学家和宇宙学家斯特凡（Stefan Funk）认为：费米伽马射线空间望远镜并不是一个完美的电子和正电子探测仪器，探测器所携带的大视场望远镜也不是设计来区分电子和正电子的，实际上，电子和正电子是非常难以区分的，这是因为该空间望远镜是处于地球上空340英里的轨道上，但是该空间望远镜取得的数据还是具有非常大的应用价值，斯特凡带领研究小组也分析了当前的结果。

另一名来自美国科维理粒子天体物理学与宇宙学研究所的教授罗杰罗姆（Roger Romani）指出：美国宇航局的费米伽马射线探测器实际上并没有做出具体的发现，这是因为地球本身就具有磁场，我们所知道磁场的特性就是能影响电子的轨迹，当来自宇宙空间各个方向的电子和正电子接近地球磁场附近时，自然弯曲的地球磁场以及地球巨大的体积就会改变电子的运动方向，并确定这些电子未来的路径。

由于地球磁场以及巨大体积的作用，这就等于告诉了伽马射线探测器，在地球周围的宇宙空间中，哪儿可以探测到电子或者正电子的存在。所以，我们利用地球磁场以及体积因素在其中的作用，我们就能选择出电子和正电子正确的运动轨迹。

卡夫林研究所的粒子天体物理学家和宇宙学家斯特凡认为：在正电子异常分布的研究中，研究生沃里思（Warit Mitthumsiri）以及科维理粒子天体物理学与宇宙学研究所博士后研究员（Justin Vandenbroucke）所作的努力值得赞扬。地球本身就是一个“探测装置”，我们可以利用好这个特点。另外，美国宇航局伽马射线探测器的分析团队争取到更多的机会拓展自己的探测范围。对地球磁场进行分析，是一个非常有意义的过程，国际地球物理学家团队曾绘制出了地球磁场分布的详细结构图。

此外，在之前对地球高层大气的研究中 ，使用的探空气球进行这项实验，但是探空气球的高度显然没有伽马射线空间望远镜的轨道来得高，所以也没有产生出非常大的研究成果。而使用了伽马射线空间望远镜，我们基本上可以覆盖整个地球，这就是我们为什么会使用美国宇航局的伽马射线探测器进行这项研究的一个原因。

参与该项研究的研究生沃里特（Warit Mitthumsiri）希望正确看待伽马射线探测器的结果，并非是不正确的。有些研究人员认为：对于正电子的探测，我们以及Pamela探测器所探测到的正电子分布是在大量宇宙射线背景粒子的条件下，其中存在着较大的误差。正因为如此，我们需要用两个独立的技术减去背景值，这样就能和真实情况相符合。

图中显示了地球磁场以及地球巨大的体积改变近地空间粒子的分布情况，其中，红色的实线表示的是电子的轨迹，而蓝色的虚线表示的是正电子的轨迹。

目前，争论的焦点在于，这些正电子异常分布的源头在哪儿，如果暗物质参与了这个过程，那么Pamela探测器和费米空间望远镜的研究团队发现的正电子就是一种暗物质的标志物，其被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP）。该粒子是一种理论上预言的粒子，被认为与暗物质密切相关。在若干个实验室中，比如CAPRICE、AMS-01研究项目，科学家发现该正电子存在于其他粒子中，并具有超过7GeV的能量，或者十亿电子伏特。PAMELA探测器测量的结果显示其可达到100 GeV的能量，但是，现在通过伽马射线探测器发现正电子能量可达到200 GeV，这是有史以来探测到的最高能量值。

由于当前理论的预言，多余的正电子能量将直接关系到弱相互作用大质量粒子（WIMP），这将表面，神秘的暗物质粒子应该具有某种特性，并且具有质量，这个消息对粒子物理学家而言，是个不错的消息。隶属于法国国家科学研究中心的安锡勒维厄（Annecy-le-Vieux）粒子物理实验室理论物理学家帕斯夸莱（Pasquale Serpico）认为：费米伽马射线探测器的结果，是一个非常强烈的暗物质信号，较PAMELA探测器而言，其结果具有很高的价值。

美国费米国家加速器实验室的理论物理学家丹胡珀（Dan Hooper）表示：“我可能不太同意理论物理学家帕斯夸莱的观点，更倾向于暗物质并不是这些正电子异常现象的来源。目前，科学家对暗物质的解释已经变得非常混乱，而正电子的主要来源，最有可能是脉冲星。但是，与此同时，纽约大学和哈佛大学的研究人员正在试验在200GeV或者更高能量条件下，暗物质模型是否可以支持正电子的存在。在该模型中，正电子允许被赋予能量，可以高达数百GeV的能量，即使暗物质并不是这些正电子的源头，我们依然要考虑这种可能性。

如果是暗物质导致了这些正电子异常的情况，那其中的问题将比脉冲星源头理论更深，更棘手。但是，现在还没有理论能区分这两个源头之间的关系，根据哈佛大学的研究人员芬克拜纳（Finkbeiner）估计：在将来还会发现具有更高能量的正电子行为，如果这个情况发生，那关于脉冲星是其来源的理论解释将变得岌岌可危，而且，这个过程中，还会发生一些有趣而意想不到的事儿。

现在，理论物理学家正在等待费米伽马射线探测器最新的数据，他们希望能和理论上的预测达到一致，而费米伽马射线探测器的数据将是有一个非常强的说服力。费米国家加速器实验室的理论物理学家丹胡珀认为：这个发现最终将会是一个惊人的成就。

英建造速度更快X射线摄影机 揭物质内部结构

2011年08月12日08:52科技日报常丽君我要评论(0)

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[导读]英国科技设施委员会（STFC）将和格拉斯哥大学合作，建造迄今为止拍摄速度最快的X射线摄影机：每秒450万帧，可记录瞬间爆发的图像。

据美国物理学家组织网近日报道，英国科技设施委员会（STFC）将和格拉斯哥大学合作，建造迄今为止拍摄速度最快的X射线摄影机：每秒450万帧，可记录瞬间爆发的图像。将它安装于大型研究设备上，有助于从分子和原子水平揭示物质内部结构，开发新型药物及用于其他重要研究领域。

该摄影机也是英国科技设施委员会与欧洲X射线自由电子激光仪（X射线自由电子a激光仪）合作的首批实验终端设备之一，将于明年交付欧洲X射线自由电子激光仪委员会，并于2015年开始运行。欧洲X射线自由电子激光仪委员会代表团在参观了英国科技设施委员会之后，已经签订了300万英镑的样机建造合约。

欧洲X射线自由电子激光仪位于德国北部汉堡附近，由德国牵头，欧洲11个国家共同合作建造，总耗资达10亿欧元，设施长约3.4公里。利用超导加速技术给电子加速，其产生的X射线闪光比传统X光源要亮10亿倍，每次闪光持续不到10亿亿分之一秒。利用这一激光高强度、短脉冲的属性，使拍摄单个分子三维结构的X射线图像成为可能。而目前最先进的X光摄影机只有通过X光束持续不断地轰击物体才能拍摄，X射线自由电子激光仪产生的极短暂而高强度闪光并不适合。

新的摄影机专为X射线自由电子激光仪超短超强的X光而设计，为欧洲X射线自由电子激光仪进一步发挥其强大的探测功能提供了用武之地，有助于理解物质属性，从原子水平绘制病毒结构，精确定位单个细胞的分子组成等。

英国科技设施委员会蒂姆-尼古拉斯博士指出，为X射线自由电子激光仪建造尖端摄影机设备，表明了英国在先进微电子学和高技术成像设备设计方面的能力，也将给人们的生活带来巨大变化。

欧洲X射线自由电子激光仪开发公司领导马库斯-库斯特博士表示，X射线自由电子激光仪代表了欧洲研究设备的主要进步，加上英国科技设施委员会在成像设备制造方面的先进技术，将帮助X射线自由电子激光仪发挥它最大的潜力。

科学家建造神秘“磁瓶” 存储反物质达16分钟

2011年06月08日07:04腾讯科技[微博]叶孤城/编译我要评论(0)

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[导读]2010年，来自欧洲核子研究中心(CERN)的研究人员成功地存储了反物质，但维持时间仅不足1秒。目前欧洲核子研究中心能够存储由氢原子提取的反物质，存储时间长达16分钟。

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最新研究：欧洲粒子研究中心以图例说明形式呈现极度真空反氢原子如何在内表面消灭

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在同名小说科幻电影《天使与魔鬼》中反物质是一种神秘力量，一支社会秘密团伙从欧洲粒子研究中心偷取了一瓶反物质，它所释放的巨大破坏力将对社会构成巨大的威胁。

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欧洲粒子研究中心的科学家使用“磁瓶”长时间地存储反物质

腾讯科技讯（叶孤城/编译） 据国外媒体报道，目前，科学家现成功地存储了反物质，在《达芬奇密码》作者丹-布朗撰写小说《天使与魔鬼》中，这种神秘物质当作一种大规模杀伤性武器。

2010年，来自欧洲核子研究中心(CERN)的研究人员成功地存储了反物质，但维持时间仅不足1秒。目前欧洲核子研究中心能够存储由氢原子提取的反物质，存储时间长达16分钟，是此前存储时间的5000倍。

这项研究发表在《自然物理学》杂志上，揭晓欧洲核子研究中心阿尔法实验建立的一个“磁瓶”——超导磁铁，如何悬浮这些反原子远离墙壁，以及如何存储这些反氢原子。在过去近十年里，科学家在实验室内仅能保持数分钟的反物质，这是由于该物质存储之后便遭到破坏，从而难以长时间进行存储。

项目研究科学家藤原诚(Makoto Fujiwara)教授说：“我们现已证实能限制性存储反氢原子至长1000秒，这与一场曲棍球比赛时间相差无几。这将是反物质研究领域一个游戏转换开关。”

反物质是否与其它物质一样具有颜色？它们是否像其它物质一样具有引力效应？这仍是一项与众不同的实验，同时具有长期性和艰巨性，但这项最新研究却迈出了科学领域重要的一步。目前，实验所面临的难度仅是此前难度的万分之一。

在同名小说科幻电影《天使与魔鬼》中反物质是一种神秘力量，一支社会秘密团伙从欧洲粒子研究中心偷取了一瓶反物质，它所释放的巨大破坏力将对社会构成巨大的威胁。仅0.5克反物质便能产生相当于20枚广岛爆炸的原子弹，但欧洲核子研究中心强调称获得这一数量的反物质需要数十亿年。

在欧洲粒子研究中心关于反物质的描述称，反物质是一种非常安全、仅能少量获取的物质，如果你获得几克重量的反物质将面对着危险境地，但这几克的反物质形成并不简单，需要数十亿年时间。

反物质是宇宙中最神秘的物质之一，这是由于宇宙大爆炸时产生的物质与反物质数量应当是一致的，当正反物质相接触时，则抵消毁灭对方，除了光线之外什么都不会存在。相反，当大量物质存在时仅有反物质消失，致使“残缺一半的宇宙”由物质统治。

科学家希望探寻反物质是否遵循与氢气相同的物理学定律，为了实现这一点，他们需要在反物质被消灭之前将它们存储起来。欧洲粒子研究中心研究员杰弗里-汉格斯特(Jeffrey Hangst)说：“这项研究使我们首次洞悉到反物质的结构特征，它将是反元素周期表上第一种元素！”

加拿大大不列颠哥伦比亚省大学的沃尔特-哈迪(Walter Hardy)是一位反氢研究专家，他强调称，我总是非常喜欢研究氢原子，具有讽刺意义的是，我们正在试图研究反氢物质是否具有正常物质类似的特性，这是至关重要的，这将帮助我们了解物质与反物质之间的关系，并证实反物质并不一定具有危险性

西班牙建造首个夜间能发电的太阳能光热电站

2011年07月23日07:46科技日报王小龙我要评论(0)

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[导读]在西班牙南部塞维利亚建造的太阳能光热电站顺利完成了为期一个月的试运行，并成功实现了24小时不间断供电，从而成为世界首个能够全天候供电的商业化太阳能电站。

西班牙Gemasolar太阳能光热电站

太阳能是人们最为熟悉的一种可再生能源技术，但由于地理位置、气候、并网等因素的影响，规模化太阳能发电技术发展缓慢，建成的绝大多数电站亦无法摆脱“靠天吃饭”的困局。眼见太阳无私奉献给人类的光和热就这么被白白浪费，不少人不由得埋怨起现在的太阳能技术“白天不懂夜的黑”。但常言道，办法总比问题多，日前来自图雷索尔能源公司（Torresol Energy）的一则消息就让我们看到了些许曙光。

2650面镜子组成的“阳光牧场”

7月初，图雷索尔能源公司对外宣布，其在西班牙南部塞维利亚建造的太阳能光热电站顺利完成了为期一个月的试运行，并成功实现了24小时不间断供电，从而成为世界首个能够全天候供电的商业化太阳能电站。

这座可夜间发电的太阳能电站名为Gemasolar，在始建之初就赢得了不少媒体的关注。除了“可夜间发电”这个引人瞩目特点外，更让人感兴趣的是它所拥有的2650面定日镜和185公顷（1.85平方公里）的占地面积。试想一下，在200多个足球场大的土地上，将数千面巨大的镜子按同心圆状依次排开，那是何等的壮观。这些定日镜安装有光线跟踪系统，能像向日葵一样跟随太阳移动，将95%的太阳辐射汇聚到位于中心的巨型集热装置上。

据图雷索尔能源公司估计，该电站的年发电量可达110吉瓦时，能满足2.5万户居民的用电需求，年减排二氧化碳可达3万吨。称其为一个收获阳光的牧场一点也不为过。

24小时不停歇的“光明使者”

这个“阳光牧场”又是如何在夜间给人们带来光明的呢？

奥妙源于这些同心圆圆心中那个像高塔一样的集热装置，可以将其理解为一个巨大的铁罐，里面盛放着许多用来吸收并存储热量的熔盐。在太阳辐射的加热下，这些铁罐中的熔盐温度可达到500多摄氏度。高温产生的高压蒸汽驱动发电机运行从而产生电力，经由附近的变电站变压后进入电网。

与槽式聚光技术相比，这种系统能产生更高的温度，提供更多的高压蒸汽，从而能使发电效率获得大幅提升。与晶硅太阳能发电系统相比，其特点在于由阳光产生的能量更易存储，因此可以实现24小时不间断发电。此外，该系统另一个显著优势在于，它能与使用传统涡轮发电机的发电站实现无缝结合，几乎不需要什么改造成本。

图雷索尔能源公司称，在夜间或没有阳光的情况下，新电站储存在熔盐罐里的热量也能持续发电长达15小时。而Gemasolar发电站所在的西班牙南部阳光充足，这意味着在包括夜间的绝大多数时间里该电站都将能够正常运行。研究人员根据往年的气候资料估计，每年它至少可以发电270天，与其他的可再生能源相比，该成绩已十分理想。

图雷索尔能源公司产品部总监蒂亚戈-拉米雷斯说，Gemasolar发电站5月底刚刚开始商业运行，由于恰逢较好的天气状况，在6月的最后一周实现了满负荷运转，从而使得电站能够24小时不间断地提供电力。随着夏季的到来，他们希望该电站向电网供电的时间平均每天可以达到20小时。

可再生能源的又一个“希望之星”

外电报道称，让太阳能发电站的可靠性与传统化石燃料发电厂相媲美，将是推动太阳能技术发展的一个重要因素。此前，夜间无法运作、电力不易存储和并网成本高一直是制约规模化太阳能发电的最大瓶颈。除了能在阴天和夜晚不间断供电外，Gemasolar发电站的存储能力使其能够顺利并入电网，缓解用电高峰的需求，该电站是太阳能技术迈出的重要一步。

图雷索尔能源公司董事长恩瑞康·森德高特表示，Gemasolar发电站是太阳能发电行业的一次革命性突破，为其他采用熔盐蓄热技术的发电站指明了道路。事实证明熔盐蓄热系统高效可靠，能大幅降低太阳能发电站的成本，改善可再生能源发电的尴尬处境。

图雷索尔能源公司成立于2008年，是阿联酋马斯达尔能源公司和西班牙工程建筑公司SENER的合资公司。该公司致力于在全球范围内开发和建造太阳能光热电站。Gemasolar发电站的建设历时两年，是其旗下的旗舰发电站，该项目目前已获得多家欧洲金融机构总额高达1.71亿欧元的投资和西班牙政府为期25年的电价补贴。

西班牙被誉为“全球可再生能源技术最发达的国家之一”，根据2009年的数据，其可再生能源占能源总量的比重已经超过12%，并有望在2020年达到20%

人类首次捕获到反物质 500克能量可超过氢弹

2010年11月19日09:29新华网我要评论(0)

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[导读]欧洲科学家成功制造出多个反氢原子，并使其存在了0．17秒，这是物理学界的突破性发现，也是人类首次捕获到反物质。500克反物质的破坏力可以超过世界上最大的氢弹。

英国《自然》杂志网站17日刊登研究报告说，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家成功制造出多个反氢原子，并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。

氢原子是只有一个质子和一个电子的最简单的原子。实际上，欧洲核子研究中心早在1995年就第一次制造出了反氢原子，但只能存在几个微秒的时间，就与周围环境中的正氢原子相碰并湮灭。此次的突破之处在于，制造出数个反氢原子后，借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0．17秒。

这个时间听起来似乎仍然很短，但对于科学家来说，这个时间长度已十分难得，可以对反氢原子进行较为深入的观测和分析。因此，这一成果被看作是物理学领域的一大突破，将大大推动有关反物质的研究。

反物质至今都是物理学领域的一大谜团。我们周围环境中的物质是正物质，它由原子组成，原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反，由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质。反物质只要和正物质相遇就会湮灭，因此虽然现行理论认为宇宙从大爆炸中诞生时产生了等量的正物质和反物质，但我们很难在宇宙中找到反物质。寻找和研究反物质因此也成为物理学领域的热点和难点。新华网

星际迷航可降“魔”

在美国科幻片《星际迷航》里，宇航员把反物质用作星际飞船燃料。而在美国作家丹·布朗畅销小说《达·芬奇密码》的姊妹篇《天使与魔鬼》中，犯罪集团企图从欧洲核子研究中心盗取反物质，用以炸毁整座梵蒂冈城。

反物质，正常物质的反状态，极不稳定而几乎不存在于自然界。研究人员8年前在实验室里制成反物质，但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。抓不住，便无从加以深入研究。

英国《自然》杂志网站17日发布报告，欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。

首次“抓住” 巧设“磁瓶”克服湮灭

研究人员2002年在真空环境里造出反氢原子，但造出后不到片刻便已湮灭。如今，欧洲核子研究中心研究员首次成功“抓住”这种反物质。

鉴于反物质接触容器壁后便即消失，研究人员利用特殊磁场对反物质加以捕获。

谈及这种看不见、摸不着的捕捉方式，丹麦奥胡斯大学教授杰夫·杭斯特告诉英国广播公司（BBC）记者，反氢原子具有“少许磁性”，“你可以把它们想象成罗盘指针，能够利用磁场探知它们的存在。我们制成一只强有力的‘磁瓶’，在里面造出反物质”。

另外，反氢原子运动速度不能太快，否则便难以捕获。杭斯特所在研究团队花费5年时间，设法让反氢原子温度降至0.5开氏度，相当于零下272.65摄氏度、即接近绝对零度，使反氢原子处于低能量状态。

“如果它们运动得不至于太快，那么就算被‘抓住’了，”杭斯特说。

理论测算 500克反物质超过氢弹

丹·布朗在畅销书《天使与魔鬼》中把反物质描述成人类目前所知威力最大的能量源。它能以百分之百的效率释放能量，不造成污染，不产生辐射，一小“滴”便可维持美国纽约全天所需能量。

从理论上说，不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。

不过，研究人员首次捕获的成果为38个反氢原子，持续时间为五分之一秒。这等数量的反物质不足以让一只100瓦灯泡发光二十亿分之一秒，更别提用作剧烈炸药。

杭斯特教授解释道，研究人员掌握捕获反物质技术后，今后可在具体操作程序层面加以“微调”，便有望制成数量足够多、保存时间足够长的反物质，为进一步研究打开一扇门。

前景展望 有助破解宇宙起源之谜

爱因斯坦预言过反物质的存在。按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。

然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。

反物质的发现，使人们联想上世纪许多不解之谜，其中最为著名的莫过于“通古斯大爆炸”。1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区遭遇从天而降的“火球”，大片原始森林顷刻化为灰烬。至于爆炸起因，一些人推断是小行星撞击，一些人猜想是反物质所致“湮灭”。

深入研究反物质，是解开宇宙起源之谜的重要环节。

“我们希望查明，物质与反物质之间是否存在某些我们尚不知道的区别，”杭斯特说，“这种区别或许存在于更基本层面，或许牵连宇宙起源时某些高能量活动。”

“这就是为什么能够‘抓住’它们（反物质）是这般重要，因为我们需要时间研究它们。”北京晨报

名词解释：反物质

反物质是一种假想的物质形式，在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的，如同普通物质是由普通粒子所构成的。物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭，且因而释放出高能光子或伽玛射线……（详细）

科学家利用对撞机首次长时间捕捉到反物质

2010年12月20日08:59新京报我要评论(0)

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[导读]欧洲核子研究中心(CERN)是一个庞大的科研机构，除了LHC的相关实验之外，还有上百个实验在同时进行，而大部分的实验，最终的目的都是一个：解开宇宙起源之谜。

反氢原子示意图。图/CERN

欧洲核子研究中心(CERN)是一个庞大的科研机构，除了LHC的相关实验之外，还有上百个实验在同时进行，而大部分的实验，最终的目的都是一个：解开宇宙起源之谜。我们知道建造LHC的最主要目的是为了寻找闻名却未见的希格斯子，但CERN还有很多其他的事情要做。比如说按照现行理论，宇宙大爆炸时同时出现了物质和反物质，但是两者却无法共存，但为什么今天的宇宙只有物质但没有反物质呢？反物质到底是什么东西？随着技术的进步，这也成了物理界越来越引人注意的话题。

11月底，CERN发布的一个突破性消息引起了人们的广泛关注。反氢激光物理设备(ALPHA)坐落于CERN的主楼群，仅有40位科学家为此工作。正是他们首次长时间捕捉到了反物质。尽管这个发现借用了LHC的成果，但其实验和LHC的思想完全相反，不是加速，而是“减速”。

对称定律解释世界

和其它物理界的发现一样，反物质首先也是“思想实验”。早在79年前，英国物理学家狄拉克就试图把量子理论和狭义相对论结合在一起。这是两个互不兼容的基本物理理论。狄拉克发现，反物质必定存在。1932年，人们在实验中寻找到了狄拉克设想的正电子，其质量、带电量与电子完全相同，只不过它带的是正电(电子带负电荷)。

随后，人们逐渐发现了各种基本粒子对应的反物质。“反物质就像是物质在镜子中的像。它和对应基本粒子的质量完全一样，却具有相反的其他量子性质。”ALPHA实验发言人杰弗瑞(Jeffrey Hangst)在接受本报记者采访时说，“质子带正电，反质子带负电；电子带负电，正电子带正电……”

按照目前解释微观世界最好的理论模型，宇宙大爆炸时，同时产生了物质和反物质。今天，NASA的天文学家们也观察到，在遥远的宇宙区域———也就是我们所能看到的早期的宇宙，似乎存在物质和反物质碰撞后产生的伽玛射线踪迹。不过今天的宇宙却是由物质而非反物质组成的。“自然选择了物质，反物质似乎消失了。没有人知道为什么。”

宏观世界中，很多东西都是对称的。微观世界也是这样。在“标准模型”中，有着一个对称定律，认为量子场论方程所有允许的解，都依据这个对称定律，物质所遵循的物理法则，反物质也同样遵循。这个对称定律由三个字母组成：C、P、T，它们意味着三方面的对称：电荷共轭变换、宇称(左右)、时间反演。在随后的岁月中，不少物理学家们靠研究对称性问题拿下了诺贝尔奖。其中很多人研究的是“对称破坏”，即在一些物理过程中，一些对称性(特别是C和P的对称)被破坏了。

“CP对称破坏”是描述今天宇宙中物质数量超过反物质的重要解释之一。目前，有很多科学实验都在对这个现象进行验证，希望通过反物质研究了解到对称性定律及标准模型的有效性。

最冷的反物质

LHC的四大探测器之一LHCb研究的主要就是反物质和对称性问题。但ALPHA实验却和LHC几乎没关系，和LHCb的实验目的和方法也截然不同。在这里科学家们同样选择了氢，氢原子和反氢原子都只有一个质子和一个电子，结构非常简单。

两个反氢原子的原料分别是这么制作的，将定向质子束射向一小片铱，高能碰撞会生成反质子，再加以分阶段冷却。由放射性钠衰变产生正电子也加以冷却。“我们借用了对撞机中产生的反氢质子，所以我们还是依附于CERN的实验。但设备和实验都是我们自己设计。”杰弗瑞告诉本报记者。

在ALPHA并不大的实验室里，层层的管道连到磁场上方的探测器。在这里工作的科学家设计了一个改变速度的设备。它并不是另一个加速器，而是一个减速器。科学家将已有的反质子和正电子放在一起，令其生成反氢原子，然后让它逐渐减速，以便在一个像浴缸一样的磁场中将其“捕获”。

反物质无法与物质共存，因为两者一旦接触，便会同时消失并转化为能量，转化的能量形式如光子，这个过程用术语叫做“湮灭”。该过程产生的能量十分巨大

欧洲核子研究中心(CERN)是一个庞大的科研机构，除了LHC的相关实验之外，还有上百个实验在同时进行，而大部分的实验，最终的目的都是一个：解开宇宙起源之谜。

ALPHA的实验结果却跨过了这个门槛。首先，实验必须在真空中进行，科学家设计了一个真空管道，排除了绝大部分的空气物质。反氢原子是中性的，没法通过电荷来捕获，怎么逮住它呢？杰弗瑞介绍，尽管电中性，反氢原子还是带有微弱的磁场，可以对磁场做出反应。

在热力学上，温度体现的是物质粒子的动能。理论上说，如果物质粒子达到绝对零度时，它应该完全静止。所以，温度越低，粒子的速度越慢。科学家们让来自LHC的高能反氢质子减速冷却，最后让-70℃左右的反质子束和更冷的正电子束进行对撞，一些反质子和正电子结合形成了反氢原子。如果说LHC的目的是令粒子更快、更热、更重，那这个实验中，原子则变得更冷更慢，其中速度最慢的反原子，温度仅有-272.5℃。

这些超级冷的反原子，最后“陷”入了一个超导磁铁构成的“磁场缸”里。“磁场越强，抓住的反原子也越多。”杰弗瑞说。他们共运行了335次实验，由1000万个反质子和7亿个正电子结合。产生的反氢原子中，有38个被捕获。

要观察被“囚”的反物质的存在，唯一的方法就是“释放”它。0.17秒后，科学家们关闭了磁场，反氢原子迅即与氢原子碰撞，湮灭无踪。探测装置及时地记录下了这38次能量爆炸。这些爆炸都发生在反氢原子和产生磁场的缸状容器壁上。反物质和物质湮灭后形成了新的粒子。实验中，新产生的粒子是名为π介子的亚原子粒子。

杰弗瑞说，这是科学家第一次长时间“逮住”反物质。LHCb这样的高能粒子实验是没法捕捉反物质的，因为高能量的反粒子会迅速与实验设备相撞而消失，唯一能困住的，是低能、寒冷、运动缓慢的反粒子。

反物质不会炸毁地球

在高能物理的反物质实验如LHCb，主要的实验目的是寻找宇宙初期为何物质战胜了反物质而存在。另一些反物质实验，如CERN的另一实验ATHENA，主要研究反物质和引力的关系，而ALPHA的主要目的是研究标准模型是否能够同样作用于反物质。

标准模型认为，反物质和物质遵循一样的物理原则，比如反粒子应该和对应的粒子一样能够吸收同样的光的颜色。因此，此次科学小组用激光照在反物质上，准备探究其是否和对应的物质一样吸收同样的光波。

“到目前为止，在量子层面上，‘CPT对称定律’都表现得很好。但对于反物质，人们从来没有在原子核层面测量过其对称问题。”杰弗瑞说，“我们不知道为什么自然选择了物质而不是反物质，也不知道标准模型是否能够应用在反物质系统，或许标准模型能够在反物质中被证实，或许我们会寻找到惊喜，因为我们不知道物理会往哪儿走。”

捕捉反物质的技术正在突飞猛进。杰弗瑞表示，明年年初，他们将能够捕获更多的反原子。CERN的另一个实验项目ASACUSA，最近也在他们实验的基础上，通过新技术，将反氢原子引导到一个真空管中研究飞行速度。这个实验的目的是制造足够多的反物质，研究其运动行为。

即使这样，反物质的取得基本上还是只存在于实验室。79年前，狄拉克第一次提出了反物质的想法，这个名字就开始进入科幻小说。15年前，科学家制造出了反物质，但直到今天，人们才第一次较长时间捕捉到了反物质。虽然动用了大量昂贵的超导磁铁，科学家也只逮住38个反氢原子，技术之艰难可见一斑。因此，对于媒体与文艺作品描述的，将反物质作用于航空、军事等领域的设想，杰弗瑞表示这完全是天方夜谭，离科学现实还远得很。

“要造出《星际迷航》或者《天使与魔鬼》中所描述的那么多反物质，我们所需要的时间甚至会超过宇宙的寿命。而且，为制造它们而消耗的能量要比它们最后产生的能量还要大。”他补充说，在小说《天使与魔鬼》中，就提到了ALPHA实验使用的低能反物质。在拍摄同名电影的时候，导演曾来CERN咨询相关科学细节，但最终还是为了保证良好的视觉效果，将故事嫁接在了LHC上———实际上，LHC是根本无法保留住反物质的。

另一方面，反物质研究可以推动技术进步。今天，反物质已经在医学上的正子放射断层扫描仪(PET)中发挥作用。但真正研究反物质的目的，还在于科学追求真理的本质。“人类的好奇心永远无止境，我们想要知道宇宙爆炸时到底发生了什么。”杰弗瑞说

西班牙建造首个夜间能发电的太阳能光热电站

2011年07月23日07:46科技日报王小龙我要评论(0)

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[导读]在西班牙南部塞维利亚建造的太阳能光热电站顺利完成了为期一个月的试运行，并成功实现了24小时不间断供电，从而成为世界首个能够全天候供电的商业化太阳能电站。

西班牙Gemasolar太阳能光热电站

太阳能是人们最为熟悉的一种可再生能源技术，但由于地理位置、气候、并网等因素的影响，规模化太阳能发电技术发展缓慢，建成的绝大多数电站亦无法摆脱“靠天吃饭”的困局。眼见太阳无私奉献给人类的光和热就这么被白白浪费，不少人不由得埋怨起现在的太阳能技术“白天不懂夜的黑”。但常言道，办法总比问题多，日前来自图雷索尔能源公司（Torresol Energy）的一则消息就让我们看到了些许曙光。

2650面镜子组成的“阳光牧场”

7月初，图雷索尔能源公司对外宣布，其在西班牙南部塞维利亚建造的太阳能光热电站顺利完成了为期一个月的试运行，并成功实现了24小时不间断供电，从而成为世界首个能够全天候供电的商业化太阳能电站。

这座可夜间发电的太阳能电站名为Gemasolar，在始建之初就赢得了不少媒体的关注。除了“可夜间发电”这个引人瞩目特点外，更让人感兴趣的是它所拥有的2650面定日镜和185公顷（1.85平方公里）的占地面积。试想一下，在200多个足球场大的土地上，将数千面巨大的镜子按同心圆状依次排开，那是何等的壮观。这些定日镜安装有光线跟踪系统，能像向日葵一样跟随太阳移动，将95%的太阳辐射汇聚到位于中心的巨型集热装置上。

据图雷索尔能源公司估计，该电站的年发电量可达110吉瓦时，能满足2.5万户居民的用电需求，年减排二氧化碳可达3万吨。称其为一个收获阳光的牧场一点也不为过。

24小时不停歇的“光明使者”

这个“阳光牧场”又是如何在夜间给人们带来光明的呢？

奥妙源于这些同心圆圆心中那个像高塔一样的集热装置，可以将其理解为一个巨大的铁罐，里面盛放着许多用来吸收并存储热量的熔盐。在太阳辐射的加热下，这些铁罐中的熔盐温度可达到500多摄氏度。高温产生的高压蒸汽驱动发电机运行从而产生电力，经由附近的变电站变压后进入电网。

与槽式聚光技术相比，这种系统能产生更高的温度，提供更多的高压蒸汽，从而能使发电效率获得大幅提升。与晶硅太阳能发电系统相比，其特点在于由阳光产生的能量更易存储，因此可以实现24小时不间断发电。此外，该系统另一个显著优势在于，它能与使用传统涡轮发电机的发电站实现无缝结合，几乎不需要什么改造成本。

图雷索尔能源公司称，在夜间或没有阳光的情况下，新电站储存在熔盐罐里的热量也能持续发电长达15小时。而Gemasolar发电站所在的西班牙南部阳光充足，这意味着在包括夜间的绝大多数时间里该电站都将能够正常运行。研究人员根据往年的气候资料估计，每年它至少可以发电270天，与其他的可再生能源相比，该成绩已十分理想。

图雷索尔能源公司产品部总监蒂亚戈-拉米雷斯说，Gemasolar发电站5月底刚刚开始商业运行，由于恰逢较好的天气状况，在6月的最后一周实现了满负荷运转，从而使得电站能够24小时不间断地提供电力。随着夏季的到来，他们希望该电站向电网供电的时间平均每天可以达到20小时。

可再生能源的又一个“希望之星”

外电报道称，让太阳能发电站的可靠性与传统化石燃料发电厂相媲美，将是推动太阳能技术发展的一个重要因素。此前，夜间无法运作、电力不易存储和并网成本高一直是制约规模化太阳能发电的最大瓶颈。除了能在阴天和夜晚不间断供电外，Gemasolar发电站的存储能力使其能够顺利并入电网，缓解用电高峰的需求，该电站是太阳能技术迈出的重要一步。

图雷索尔能源公司董事长恩瑞康·森德高特表示，Gemasolar发电站是太阳能发电行业的一次革命性突破，为其他采用熔盐蓄热技术的发电站指明了道路。事实证明熔盐蓄热系统高效可靠，能大幅降低太阳能发电站的成本，改善可再生能源发电的尴尬处境。

图雷索尔能源公司成立于2008年，是阿联酋马斯达尔能源公司和西班牙工程建筑公司SENER的合资公司。该公司致力于在全球范围内开发和建造太阳能光热电站。Gemasolar发电站的建设历时两年，是其旗下的旗舰发电站，该项目目前已获得多家欧洲金融机构总额高达1.71亿欧元的投资和西班牙政府为期25年的电价补贴。

西班牙被誉为“全球可再生能源技术最发达的国家之一”，根据2009年的数据，其可再生能源占能源总量的比重已经超过12%，并有望在2020年达到20%

持续不足1秒伽马射线暴可能毁灭地球生命