研究证明反物质对引力的反应与物质无异

研究证明反物质对引力的反应与物质无异十七世纪，艾萨克-牛顿在观看了苹果从树上掉落的过程后，提出了他的万有引力理论。几个世纪后，阿尔伯特-爱因斯坦提出了广义相对论，该理论至今仍是对万有引力最成功、最经得起检验的描述。然而，反物质却不为爱因斯坦所知。1928年，英国物理学家保罗-狄拉克（PaulDirac）提出理论，认为每一种粒子都存在相应的反粒子，并预言了正电子（或反电子）的存在。从那时起，关于引力和反物质之间的相互作用就有了很多猜测，有人认为反物质被引力排斥，也有人认为它被引力吸引。欧洲核子研究中心（CERN）的反氢激光物理装置（ALPHA）合作组织的一项新研究可能已经解决了这一争论，该研究发现反氢原子（氢的反物质对应物）落到地球上的方式与其物质对应物相同。这项研究的通讯作者杰弗里-杭斯特（JeffreyHangst）说："在物理学中，只有通过观察才能真正了解某些东西。这是首次直接观察到引力对反物质运动影响的实验。这是反物质研究中的一个里程碑，由于反物质在宇宙中明显不存在，它仍然让我们感到神秘。"ALPHA实验涉及在捕获装置中制造、捕获和研究反氢原子。反氢原子是电中性和稳定的反物质粒子，因此非常适合研究反物质的引力行为。反氢是由反质子和正电子这两种反粒子组合而成的。反质子是一种亚原子粒子，质量与质子相同，但带有负电荷。ALPHA小组最近建造了一个名为ALPHA-g的垂直仪器，其中的"g"表示当地的重力加速度，对于物质而言，重力加速度为32.2英尺/秒2（9.81米/秒2）。ALPHA-g可以测量反氢原子与相应物质相遇时的垂直位置--这一过程被称为湮灭--一旦捕获器的磁场关闭，原子就会逃逸。研究人员每次捕获一组约100个反氢原子。然后，他们通过逐渐减小顶部和底部捕获器磁铁中的电流，在20秒内缓慢释放原子。根据计算机模拟预测，20%的原子将从陷阱顶部释放，80%的原子将从底部释放，这一差异是由重力向下效应造成的。研究人员对七次释放试验的结果进行了平均，发现反原子从顶部和底部流出的比例与模拟结果一致。也就是说，反氢原子的下落方式与氢原子在1克（即正常重力）下的下落方式相同。利用ALPHA-g仪器，研究人员有效地重现了伽利略著名的重力实验。据传说，这位意大利科学家从比萨斜塔顶端投下不同重量的铁球，它们同时落地，这表明重力会使不同质量的物体以相同的加速度下落。研究人员表示，他们的发现排除了存在排斥性"反引力"的可能性，但目前的研究仅仅标志着对反物质引力性质进行详细、直接研究的开始。Hangst说："我们花了30年的时间才学会如何制造这种反原子，如何抓住它，以及如何很好地控制它，以至于我们能够以一种让它对引力敏感的方式将它实际投放下去。下一步是尽可能精确地测量加速度。我们想测试物质和反物质是否真的以同样的方式坠落。"这项研究发表在《自然》杂志上，在下面这段由欧洲核子研究中心制作的视频中，杰弗里-杭斯特解释了ALPHA-g的工作原理、反物质引力实验的原因和结果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386881.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386881.htm

牛津大学科学家发现在某些情况下 粒子可以吸引带相同电荷的粒子

牛津大学科学家发现在某些情况下粒子可以吸引带相同电荷的粒子粒子可以获得正电荷或负电荷，这决定了它们在其他粒子周围的行为方式。把两个带相反电荷的粒子放在一起，它们会相互吸引，而两个带相同电荷的粒子则会相互排斥。随着总电荷的增加和粒子间距离的拉近，这种静电力会越来越强，这就是著名的库仑定律。但在一项新的研究中，科学家们发现了规则的例外情况。当悬浮在某些溶液中时，一些带电粒子可以吸引相同电荷的粒子，即使距离相对较远。更奇怪的是，带正电荷和负电荷的粒子在不同溶液中的表现也不同。在测试中，研究小组将带负电荷的二氧化硅微粒悬浮在水中，发现在特定的pH值下，它们可以相互吸引，形成六角形的团块。这似乎违反了基本的电磁原理，即相同电荷的粒子在任何距离上都应该是相斥的。但是，当研究人员使用一种考虑到溶剂结构的粒子间相互作用理论来研究这种效应时，发现了一种新的吸引力，它可以克服静电排斥力。但带正电荷的胺化二氧化硅颗粒却并非如此。在任何pH值的水中，这种相互作用都是排斥的。因此，研究小组想知道他们是否能改变这种情况，结果发现，通过换用不同的溶剂（在本例中为醇类），带正电荷的粒子聚集在一起，而带负电荷的粒子则保持排斥状态。研究小组表示，这一发现可能会迫使我们对自己的假设进行重大反思，并可在实际化学中用于自组装、结晶和相分离等过程。这项研究发表在《自然-纳米技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422269.htm

欧洲核子研究中心27日宣布，科研人员观测到了反氢原子在重力作用下自由下落。

欧洲核子研究中心27日宣布，科研人员观测到了反氢原子在重力作用下自由下落。团队将反氢原子“囚禁”在一个名为阿尔法-g的垂直真空磁阱中，并通过逐渐降低磁阱顶部和底部的电流调节磁场，让这些反氢原子在20秒内逃逸。计算机模拟结果显示，对于物质来说，这种操作将导致大约20%的原子通过磁阱顶部逃逸，80%的原子通过底部逃逸，这是由重力引起的差异。研究团队综合了7次释放反氢原子试验的结果后发现，反氢原子从磁阱顶部和底部逃逸的比例与计算机模拟结果一致。这表明在当前试验精度范围内，反氢原子在引力作用下表现出向下坠落的运动趋势，其重力加速度也和普通物质一致。这是人类首次直接观测到反物质在地球引力作用下与普通物质拥有同样的表现，是反物质研究的“里程碑”式发现，也再次印证了爱因斯坦在广义相对论中的预测。（）

CERN的里程碑式试验：如果释放反物质 它会掉下来还是升上去？

CERN的里程碑式试验：如果释放反物质它会掉下来还是升上去？这幅图显示了反氢原子在磁阱内坠落并湮灭的过程，该磁阱是欧洲核子研究中心ALPHA-g实验的一部分，旨在测量引力对反物质的影响。图片来源：美国国家科学基金会在证实反物质和常规物质具有引力吸引力的同时，这一发现也排除了引力斥力作为反物质在可观测宇宙中基本缺失的原因。瑞士欧洲核子研究中心国际反氢激光物理装置（ALPHA）合作项目的研究人员今天在《自然》杂志上发表了他们的发现。"ALPHA合作的成功证明了跨大洲和科学界团队合作的重要性，"美国国家科学基金会物理部项目主任Vyacheslav"Slava"Lukin说。"了解反物质的性质不仅能帮助我们了解宇宙是如何形成的，还能促成前所未有的创新--比如正电子发射断层扫描（PET），通过应用我们对反物质的了解来检测体内的癌症肿瘤，从而挽救了许多人的生命。"反氢激光物理装置（ALPHA）合作项目是一个国际小组，该小组在欧洲核子研究中心利用反氢原子了解物质和反物质之间的基本对称性。研究人员宣布了一项旨在了解引力对反物质影响的实验的突破性成果。图片来源：美国国家科学基金会物质难以捉摸的易变双胞胎除了《星际迷航》中想象的以反物质为燃料的曲速驱动器和光子鱼雷之外，反物质是完全真实的，但却神秘地稀缺。美国加州大学伯克利分校等离子体物理学家、ALPHA协作成员乔纳森-沃特尔（JonathanWurtele）说："爱因斯坦的广义相对论认为，反物质的行为应该与物质完全相同。"许多间接测量结果表明，引力与反物质的相互作用符合预期。"但在今天的结果之前，还没有人真正进行过直接观测，以排除反氢气在引力场中向上运动而不是向下运动等可能性。"我们的身体、地球以及科学家们所知的宇宙中的大多数其他东西，绝大多数都是由质子、中子和电子组成的常规物质构成的，比如氧原子、碳原子、铁原子以及元素周期表中的其他元素。另一方面，反物质是普通物质的孪生兄弟，尽管具有一些相反的性质。例如，反质子带有负电荷，而质子带有正电荷。反电子（又称正电子）带正电，而电子带负电。凯文-琼斯（KevinM.Jones）是美国国家科学基金会物理部的项目经理，也是威廉姆斯学院的威廉-爱德华-麦克尔弗莱什物理学名誉教授，他简要介绍了什么是反物质以及研究反物质的总体价值。资料来源：美国国家科学基金会然而，对于实验人员来说，也许最具挑战性的是，"只要反物质一接触物质，它就会爆炸，"ALPHA合作成员、加州大学伯克利分校等离子体物理学家乔尔-法扬斯（JoelFajans）说。物质和反物质的结合质量在反应中完全转化为能量，这种反应如此强烈，科学家称之为湮灭。对于给定的质量，这种湮灭是我们所知的最密集的能量释放形式。但是，ALPHA实验中使用的反物质量非常小，只有敏感的探测器才能感知反物质/物质湮灭产生的能量。因此我们必须非常小心地操纵反物质，否则就会失去它。ALPHA-g设备磁阱中的反氢原子概念图。当磁阱顶部和底部的磁场强度减弱时，反氢原子就会逃逸出来，接触磁阱壁并发生湮灭。大部分湮灭发生在腔室下方，这表明重力正在将反氢原子向下拉。动画中旋转的磁场线表示磁场对反氢原子的无形影响。在实际实验中，磁场并不旋转。资料来源：Keyi"Onyx"Li/美国国家科学基金会投掷“反物质炸弹”沃特尔说："广义地说，我们正在制造反物质，我们正在做比萨斜塔式的实验。"他指的是他们实验中更简单的智力祖先--伽利略在16世纪进行的实验（也许是寓言式的），该实验证明了两个同时掉落的体积相似但质量不同的物体具有相同的重力加速度。"我们让反物质运动，看看它是上升还是下降"。在ALPHA实验中，反氢气被装在一个高大的圆柱形真空室中，该真空室带有一个名为ALPHA-g的可变磁阱。科学家们降低了磁阱顶部和底部磁场的强度，直到反氢原子能够逃逸，并且相对较弱的重力影响变得明显。当每个反氢原子逃出磁阱时，都会触及磁阱上方或下方的腔壁，然后湮灭，科学家们可以检测并计数。研究人员重复了十几次实验，改变了磁阱顶部和底部的磁场强度，以排除可能的误差。他们观察到，当被削弱的磁场在顶部和底部精确平衡时，约有80%的反氢原子在陷阱下方湮灭--这一结果与普通氢云在相同条件下的表现一致。因此，引力导致反氢原子向下坠落。物质/反物质之谜尽管反物质的来源并不多--比如钾衰变时发射的正电子，甚至在香蕉中也有反物质--但科学家在宇宙中并没有看到太多的反物质。然而，物理定律预测反物质的存在数量应该与普通物质大致相同。科学家将这一难题称为重生成问题。一种可能的解释是，在宇宙大爆炸过程中，反物质受到了普通物质的引力排斥，但新发现表明，这一理论似乎不再可信。沃特尔说："我们已经排除了反物质被引力排斥而非吸引的可能性。他补充说，这并不意味着反物质受到的引力没有差异。只有更精确的测量才能证明这一点。"ALPHA合作项目的研究人员将继续探索反氢的本质。除了改进对引力效应的测量，他们还在通过光谱学研究反氢如何与电磁辐射相互作用。如果反氢在某种程度上不同于氢，那将是一件革命性的事情，因为量子力学和引力的物理定律都认为反氢的行为应该是相同的。然而只有做了实验才能知道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387409.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387409.htm

科学家提出或能像探测流星一样寻找暗物质的新方法

科学家提出或能像探测流星一样寻找暗物质的新方法尽管暗物质占宇宙总质量的85%，但它仍难以被直接探测到。一项新研究提出了一种独特的方法来寻找暗物质，通过将地球的大气层作为一个巨大的探测器来探测像流星一样在空中流动的暗物质粒子。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328757.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328757.htm

粒子异性相吸，同性相斥？不一定，表现视溶剂而异

粒子异性相吸，同性相斥？不一定，表现视溶剂而异一项新的研究推翻了物理学的一项基本原理，证明了带类似电荷的粒子在溶液中可以相互吸引，正负电荷之间的效果因溶剂而异。这一发现对包括自组装和结晶在内的各种科学过程具有重大意义。这项研究揭示了界面上的溶剂结构在决定粒子间相互作用方面的重要性，挑战了人们长期以来的观念，表明有必要重新评估我们对电磁力的理解。资料来源：张康除了推翻长期以来的观点外，这些结果还对涉及不同长度尺度的粒子间和分子间相互作用的一系列过程，包括自组装、结晶和相分离，产生了直接影响。牛津大学化学系的研究小组发现，带负电荷的粒子在大的分离范围内相互吸引，而带正电荷的粒子则相互排斥，而酒精等溶剂的情况则相反。这些发现令人惊讶，因为它们似乎与电磁学的核心原理相矛盾，即同号电荷之间的作用力在所有距离上都是相斥的。现在，研究小组利用明视场显微镜追踪了悬浮在水中的带负电的二氧化硅微粒，发现这些微粒相互吸引，形成了六边形排列的团簇。然而，带正电荷的胺化二氧化硅微粒在水中没有形成团簇。研究小组利用一种考虑到界面溶剂结构的粒子间相互作用理论，确定了对于水中带负电荷的粒子来说，在较大的分隔距离上，有一种吸引力超过了静电排斥力，从而导致粒子团的形成。而对于水中带正电荷的粒子，这种由溶剂驱动的相互作用始终是排斥性的，因此不会形成集群。研究发现，这种效应与pH值有关：研究小组能够通过改变pH值来控制带负电的粒子是否形成团簇。无论酸碱度如何，带正电的粒子都不会形成团簇。自然而然地，研究小组想知道是否可以调换对带电粒子的影响，使带正电的粒子形成簇，而带负电的粒子不形成簇。通过将溶剂改为乙醇等与水具有不同界面行为的醇类，他们正是观察到了这一点：带正电荷的胺化二氧化硅颗粒形成了六角形簇，而带负电荷的二氧化硅则没有。研究人员认为，这项研究意味着对认识的根本性重新调整，将影响我们对制药和精细化工产品的稳定性或人类疾病中与分子聚集相关的病理功能失常等不同过程的思考方式。新发现还证明，我们有能力探测溶剂引起的界面电势的特性，例如其符号和大小，而这在以前被认为是不可测量的。领导这项研究的MadhaviKrishnan教授（牛津大学化学系）说："我真的为我的两名研究生以及本科生感到非常自豪，他们齐心协力，推动了这一基础性发现。"该研究的第一作者王思达（牛津大学化学系）说："即使已经看过无数遍，我仍然觉得看到这些粒子相吸很吸引人。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423081.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423081.htm