[科普中国]-反粒子束

反粒子束，指反粒子经过加速器后产生的高速粒子束流。

反粒子，反电子、反质子、反中子、反中微子、反介子、反超子等基本粒子的总称。反粒子和它对应粒子（如正电子、电子）的质量、自旋、磁矩和平均寿命相同。如果带电，则所带的电量与对应粒子相等而符号相反；磁矩和自旋的取向关系也相反。反粒子和对应粒子相遇时就转化为他种基本粒子，如介子、光子。

相关概念反粒子基本粒子物理学或高能物理学中的基本概念。任何微观粒子都有与其相反的反粒子的存在。与电子、质子、中子、中微子、介子、超子等对应粒子相比，反粒子具有相同的质量、相同的平均寿命和自旋， 但具有相反符号的电荷和磁矩。1928年，英国物理学家狄拉克为找到一个理论使量子力学与相对论结合起来，推出了一个相对论性电子运动方程。方程的合理性通过论证已被承认。但方程中都包含了负能解。

狄拉克在解释负能解存在的意义过程中指出，自然界应存在一种与电子质量相同而电荷相反的粒子，狄拉克称这种粒子为“正电子”，即与带负电荷的电子符号相反的“电子”。1932年8月，美国物理学家安德逊在研究宇宙线 的照片时，发现了与狄拉克预言相符的“正电子”的存在。从而用事实证明了狄拉克的理论及其预言的正确的。正电子是人类第一次发现的反粒子。目前，通过高能加速器实验人们已发现近十余种反粒子。1

粒子束一种由加速器产生的高速运动粒子流。

特点产生强的反粒子束——例如在日内瓦CERN实验室，已经成为可能。当这种束流与通常的物质碰撞时，反质子与靶原子核中的质子湮灭，放出大量的电磁辐射，电子、正电子以及电中性的称作中微子的粒子。

各个实验室也已经成功地产生出另外形式的反物质，例如由反质子和反中子组成的系统（称为反氘）。原则上，产生由反质子和反中子组成的更复杂的原子核也是可能的，关键是产生足够的反质子和反中子。然而，实际上这是非常困难的，因为实验装置本身是用普通物质做成的，而反粒子有一种不幸的倾向；要湮灭产生它的装置中的物质。这使反物质的产生变得很麻烦。

然而，所有这些都不能排除在宇宙的某个部分存在着反物质的巨大系统（恒星、行星，也可能整个星系）的可能性。天文学家们在不断寻找暗示宇宙中存在反物质的征兆。迄今为止，这类搜寻一直没有成功，并且宇宙似乎并不包含有大量的反物质。然而，原则上讲，铁的反物质和金的反物质的存在至少还是可以想象得到的。铁的反物质陨石撞上地球时将湮灭，产生出大量的能量，多数情况下是电磁辐射的形式。计算在这类碰撞中将产生多少能量是很简单的。例如，10千克反物质和10千克物质湮灭产生的能量足以偿付一个州，例如加利福尼亚州的一年的耗电量。2

应用人工控制正、反粒子湮灭反应的基本原理：用电磁场将正、反粒子约束在一起，形成具有一定密度的“ 等粒子体”或“准等粒子体”。这种“等粒子体”和“准等粒子体”是一种新的物质形态。它能够在常温和低温下发生自行湮灭和释放能量。温度越低反应截面越大，并且可以通过调节正、反粒子的密度来控制其湮灭寿命和释放能量的速率。

上述原理可以用来设计正、反粒子受控湮灭装置，这类装置可作为研究粒子物理和反物质物理的实验装置 ，也可能发展成为未来的动力装置和武器。

原理也适用于异种正、反粒子。3

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学