宇宙是什么

5. 反物质：与物质性质相同、电荷相反

  1933年，约里奥居里夫妇（居里夫人的女儿及女婿）也通过实验展示了能量转换为物质的事实。他们用光能轰击原子核，得到了具有质量的电子和正电子。该实验中产生的正电子，是人类首次制造出的“反物质”。

  在此，我先说明一下反物质。基本粒子中存在与粒子的质量和自旋（稍后介绍）等性质相同，但电荷相反的“反粒子”。例如，电子的电荷为负，其反粒子的电荷为正（因此被命名为“正电子”）。中子是不带电的，所以反中子也没有电荷。不过，中子由夸克构成，而反中子则由反夸克构成。由这些反粒子构成的物质就是“反物质”。

  1930年，英国的理论物理学家狄拉克预言了电子存在反粒子（正电子）。1932年，安德森从宇宙射线中发现了它（在发现后的5年里，他一直以为自己发现的是介子）。1933年，约里奥居里夫妇利用人工方式成功地制造出了正电子。该实验不仅验证了能量可以转换为质量，还发现了物质与反物质总是成对产生的性质（这称为“对产生”）。

图3-3 人类最初制造出的反物质

  1955年，反质子和反中子也被发现。埃米利奥·塞格雷和欧文·张伯伦这两位物理学家所在的研究团队，使用加州大学伯克利分校的粒子加速器进行了粒子撞击实验。他们通过轰击加速至接近光速的质子，制造出了反质子（电荷是负的）。此外，他们还发现人工制造出的反质子与其他质子相遇后，会发生“对湮灭”并重新转换为能量。不仅如此，这些能量还会再次变换为质量，生成各种各样的粒子。正如爱因斯坦的理论所言，质量可以转换为能量，能量可以转换为质量。

图3-4 物质与反物质的湮灭