反物质
郭卜乐 中国心理热线 http://www.zgxl.net
参考资料：
物质与反物质
根据物理定律，每一种基本粒子都有其对应的反粒子，即任何粒子都会有和它相湮灭的反粒子存在，如负电子与正电子[电子之反粒子称为反电子(或称正电子)]，夸克粒子都有其反粒子(称为反夸克)，质子与反质子等等。粒子和反粒子的质量、生命期、自旋等性质相同，但电荷、磁矩．．等正负号相反。由粒子组成的称为物质，由反粒子组成的称为反物质。故多数的粒子可视为“不是物质，就是反物质”。无论何时，一粒子与其相当之反粒子相遇即相互毁灭，根据质能互换原理(E=mc2)，其等之质量均全部转变成高能之光波，或在某些状况下转变成具高速运动之较轻粒子。中性粒子则为其自身之反粒子，行极速之衰变。反物质星云与一由普通物质组成之星云相碰撞，将放出可布之巨量幅射能散去。
然而科学家却无法在宇宙间直接观测到反物质的存在，科学家只能利用高能物理的正负电子对撞机，模拟宇宙初始大爆炸景况，证实的确有反粒子存在，并推论一百五十亿年前的那场爆炸，应该同时产生了数量相当的物质和反物质，但如今物质的数量远超过反物质的数量。到底是何原因，造成物质数量远超过反物质的数量？科学家百思莫解！
1964年，科学家J.W. Cronin和V.L. Fitch 证实「K介子与反K介子系统中量测到电荷宇称的不对称性」获得1980年诺贝尔奖。方法是利用线性加速器(史丹福研究中心)中制造反K介子，然後与K介子比对其行为(即衰变率)，发现其行为有些微差异。
2001年义大利日本台湾Belle团队证实「B介子与反B介子系统中量测到电荷宇称的不对称性」。方法以人造方式大量生产B介子与反B介子，测量二者衰变率，发现其电荷宇称不对称性。
此一研究结果，显示介子与反介子在衰变过程中，存在极微小差异，让介子在衰变後产生的正粒子，比反介子在衰变後产生的反粒子多一点。换言之此一研究证实宇宙爆炸後，经长时间演变，反物质消失了(宇宙不存在反物质了)，只留下物质。
研究称反物质没有物质强大因此我们才会存在 http://www.sina.com.cn 2001年07月08日 12:57 新浪科技
旧金山当地时间7月7日(北京时间7月8日)消息，一些国际物理学家最近在一项研究中发现，反物质并非都是通过裂变形成，这为我们这个宇宙的确由物质组成提供一个很好的说明理由。
然而这项试验却使另一场辩论开始了。科学家们在美国硅谷附近安排了一个长一英里的试管，在试管上输入了一些物质粒子流和反物质粒子流，观察它们互相碰撞的过程。科学家发现，那些未被接纳的物质粒子状态并非如他们所希望的那样。物质与反物质粒子在它们遇到时彼此碰撞，就像任何一个星际迷所知道的那样，这种情况会使那些正在努力工作的物理学家们解释出我们的宇宙是如何由物质组成的，物质又是如何存在的。自从宇宙大爆炸以来，很多开始出现的事物看上去，很明显，在物质数量与反物质数量上都是相同的。
位于美国加州帕洛阿尔托的斯坦福大学线性粒子加速中心的一个工作小组最近宣称，对于我们的宇宙是如何由物质组成的这一问题，答案就是物质比反物质要强大得多，至少在最近的一些试验中，一种名叫B介子的粒子运行情况已经证实了这一点。此次试验也证实了另一次有关相似粒子的试验所出现的结果，那次试验折磨了物理学家们几十年。普林斯顿大学物理学家斯瓦特-史密斯(Stewart Smith)作为该科学组织的一位发言人表示：“37年来，人们一直在寻找，但他始终没有发现任何在初始物质之外的东西。现在，物理学家们知道，世界上至少存在着两种类型的亚原子粒子，才导致了世界上了出现了一些莫明其妙的现象，现在可以相信这个宇宙中，物质的存在是占绝对优势的。”
这些物理学家将一部分负电子，一种类型的反物质，推入一个1.3英里的粒子加速器当中。一台1200吨重的检测器，名字叫BABAR，记录下了B介子以及其相同粒子，反B介子，如何产生以及如何消灭的活动情况，最终他们发现,留下的物质数目要比反物质数目多很多。(清晨）
探索反物质之谜
欧洲核子研究中心１０日（2000年8月）宣布，它建造的反质子减速器已经投入使用。这一“反物质工厂”将帮助科学家进一步探索反物质之谜，揭示宇宙诞生和演化以及物质世界构成等奥秘。
物质是由分子和原子组成，原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成，如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子，那么就是反原子，由反原子就可组成反物质。
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，那么现在这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。由于科学家目前对反物质了解非常少，因此对宇宙诞生和演化以及物质世界构成等问题很难深入研究。
为了探索反物质之谜，目前科学家采取了两种途径，一是在自然界中寻找反物质，研究反物质的自然状态；二是在实验室中制造反物质，从更多的角度研究反物质。
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物质的反物质源。它喷射出的反物质在宇宙中形成了一个高达２９４０光年的“喷泉”。这是宇宙反物质研究领域的一个重大突破。
正反物质相遇可释放出巨大的能量和比普通可见光强２５万倍的伽马射线。银河系反物质“喷泉”是通过这一相接证据发现的，因而它对深入反物质的性质帮助不大。为了“面对面”地研究反物质，科学家想到了直接“捕捉”反物质。在地面，由于大气干扰，几乎不可能“捕捉”到反物质，因此科学家把目光投向了太空。
１９９８年６月２日，美国“发现”号航天飞机携带阿尔法磁谱仪发射升空。这一核心部分由中国科学家制造的仪器，是当代最先进的粒子物理传感仪，目的是去太空寻找反物质。阿尔法磁谱仪这次随“发现”号上天，尽管没有发现反物质，但采集存贮了大量数据。２００２年它将被送上国际空间站，进行长达３年的数据采集工作。它对反物质的探索，很可能带来一次科学突破。
在自然界中寻找反物质难度很大，而且很难进一步研究它的性质，因此近年来科学家尝试在实验室中制造反物质。１９９５年欧洲核子研究中心的科学家在世界上制成了第一批反物质--反氢原子，揭开了人类研制反物质的新篇章。科学家利用加速器，将速度极高的负质子流射向氙原子核，以制造反氢原子。由于负质子与氙原子核相撞后会产生正电子，刚诞生的一个正电子如果恰好与负质子流中的另外一个负质子结合就会形成一个反氢原子。在累计１５小时的实验中，他们共记录到９个反氢原子存在的证据。由于这些反氢原子处在正物质的包围之下，因此它们的寿命极短，平均一亿分之三秒（３０纳秒）。１９９６年，位于美国费米国立加速器实验室成功制造了７个反氢原子。此后，在实验室中制造反物质的工作受到很多科学家的高度重视。
目前在实验室中制造正电子、负质子等反基本粒子已是轻而易举，而将正电子与负质子组成反原子尚十分困难，因为将这两种粒子结合在一起并且能证实它们结合成反原子工作十分复杂，因此科学家需要研制功能更强大的研究工具。
１０日宣布投入使用的反质子减速器是一个圆形混凝土盒，周长１８８米，耗资１１５０万美元。它利用磁场将高能反质子减速成速度约为光速十分之一的反质子。科学家将利用减速器产生的反质子进行实验，用磁场对反质子进行约束，或将反质子与正电子结合成为反氢原子。科学家计划在今年年底前用反质子减速器制造出首批反氢原子，２００２年完成对初步实验结果的分析。
目前，欧洲核子中心正在建设世界上最大的原子加速器--强子对撞机。这一对撞机得到欧洲国家和美国、日本、俄罗斯等国家的支持，预计将于２００５年建成投入运转，估计耗资６０亿美元。科学家认为，随着一系列包括探测器和加速器等研究工具的投入使用，人们将进一步揭开反物质之谜。（完）姜岩 潘治(8/11)
【图文】美宇航局资助研制反物质航天发动机
美国宇航局前瞻研究所(NASA Institute for Advanced Concept)拨款资助斯蒂夫·哈威进行的一项研究，研究目的是研制实现星际航行的反物质发动机。哈威提出的反物质发动机构思现在看来简直是幻想，但哈威的目标是设计出一种小型发动机，它能在比较短的时间内使航天飞船加速到极高速度：仅在4个月内加速到116公里/秒。相比较而言，Voyager 1太空探测器在几十年的太空飞行中总共才加速到17.4公里/秒。
发动机体积小是反物质发动机的一个重要优点，因此，不必建造巨大而苯重的航天飞船。初看上去，哈威提出的“反物质帆”与众所周知的“太阳帆”方案相类似，但是为了足够快地加速飞船，“太阳帆”必需拥有几英里的尺寸。而哈威提出的“反物质帆”不会超过5米，而且“自身”就是“风力”。反物质发动机的主要构思在于，从飞船舱内的某个容器内释放反物质，并“冲击”太阳帆，粒子与反粒子的碰撞将会引起湮灭的微量爆炸。同样，将会与涂覆在帆上的铀-235薄层发生反应，结果在帆上将再次发生作用，并在原子核分裂作用过程中释放出能量。换言之，即释放出小功率核爆炸的能量。
现在的主要问题是，如何产生必需数量的反物质和将它们储存在什么地方。普通的燃料罐不适合储存反物质。哈威仔细研究了两种可能性，第一种方法是将磁化反质子储存在冷凝的氢中；第二种方法是使反质子和正电子(反电子)形成反氢原子，反氢原子可以保存在收集器内。
一科学家小组首次观察到反物质原子内部结构 新华社 2002-10-30 13:58
在瑞士日内瓦欧洲核子研究中心工作的一个国际科学家小组，29日宣布首次成功地对反物质原子的内部结构和物理特性进行了研究。专家们认为，这一成果是朝弄清物质与反物质的差别、进而验证物理学基本理论而迈出的关键一步。
该研究小组由美国哈佛大学加布里埃尔斯教授领导，成员有来自德国和加拿大的一些科学家，他们的研究成果将在《物理评论通讯》杂志上发表。
在过去几年中，一些科学家成功地制造出了一些反氢原子，但这些反物质原子运动速度太快、或者说过“热”，很容易在与物质的碰撞过程中湮灭，使内部结构等研究无法进行。
利用欧洲核子研究中心的“反质子减速器”，加布里埃尔斯教授等一直在致力于制造“冷”反氢原子。他们先后开发出一些技术，能让带负电的反质子和带正电的正电子冷却、减速和积聚，最终在电磁场束缚下形成大量反氢原子，这些“冷”反氢原子温度仅比绝对零度略高几度，为研究其特性提供了可能。
加布里埃尔斯解释说，在新的研究中，他们利用电场对反氢原子进行了“撕裂”实验。这一实验类似于“将反氢原子放到一个电池旁边，反质子会因此而被吸引到电池的一极，正电子则将被吸引到电池的另外一端”。当外加电场电压等达到足够高，反氢原子就会被拆散，通过测量拆散反氢原子所需电场的大小，就可以知道反氢原子内部反质子和正电子之间结合的紧密程度。正是通过这种办法，研究人员得以首次“瞥见”反氢原子的内部状态。
所有的粒子都有反粒子，反粒子与粒子虽然在质量等方面相同，但电荷等却截然相反。由反粒子组成的物质就是反物质，反氢原子是最简单的反物质。现有的物理学理论认为，物质和反物质具有相同的物理特性，宇宙诞生时物质与反物质的产生应该有相同的概率。然而，这些理论无法解释为什么现今的宇宙主要由物质组成。一些科学家推测，如果能发现物质与反物质在特性上的不同，也许能够为此提供答案。
加布里埃尔斯小组的初步结果显示，反氢原子与氢原子在内部结构上似乎没有什么差别。但加布里埃尔斯表示，在他们的实验中，正电子处于不正常的激发状态，他们的下一步目标是制造出正常的反氢原子，以便于能够和普通的氢原子进行更精确的比较。他认为，如果能证明氢原子和反氢原子在特性上有所不同，那“将是近几十年来物理学上最大的发现”。
新闻背景：什么是反物质和反氢原子？
通过全球几十位科学家的通力合作，欧洲核子研究中心(CERN)成功地制造出了约5万个反氢原子。这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质，引起了科学界的普遍关注。
反物质就是由反粒子组成的物质。所有的粒子都有反粒子，这些反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数与之相反。例如氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个带正电的正电子和一个带负电的反质子构成。物质和反物质相遇后会湮灭，释放出大量能量。
著名物理学家保罗·狄拉克在上个世纪20年代便预言了电子的反粒子——正电子的存在，另一位物理学家C·D·安德森1932年在实验中证实了它的存在。
物理学中有一个称为CPT守恒(电荷—宇称—时间守恒)的假设，根据这个假设，如果把基本粒子的电荷、宇称两个性质都换成相反的，并倒转时间箭头，所得到的粒子将与原来的粒子遵循同样的物理规律。例如，氢原子和反氢原子的光谱、对引力的反应都应该相同。科学家认为，制造出大量反氢原子，有助于验证CPT守恒假设的正确性和宇宙标准模型的普适性。
如果发现反氢原子与氢原子在物理规律上并不完全对等，将给物理学和宇宙学的一些基础问题带来非常重要的新启发。例如宇宙大爆炸理论认为，宇宙诞生时，从虚无中产生了相等数量的物质和反物质。但人们观察到的宇宙中，物质显然占绝对的主导地位。对反氢原子的研究，可能有助于解开这个疑点。
欧洲科学家宣布：反物质研究取得重大突破 新浪科技 2002-09-19 09:55
位于瑞士日内瓦的欧洲原子能研究组织的一个研究小组宣布，他们的反物质研究取得重大突破，首次制造出了大批反物质。
顾名思义，反物质就是普通物质的反状态。当正反物质相遇时双方就会相互抵消，发生剧烈爆炸，产生巨大能量。在很多科幻片中这些能量都被用于进行宇宙发射等，物理学家们此前仅制造出非常少量的反物质，欧洲原子能研究组织的研究小组指出，他们已经制造出至少50000个原子的反氢，也就是普通氢的反物质。
研究者承认这一研究成果目前还不能得以应用，但它却可以帮助科学家们回答一些关于宇宙的不解之迷。研究小组成员之一，英国威尔士大学的米遏尔-查尔顿教授指出：“这是一个新的里程碑，可以使科学家们研究自然的对称性和宇宙物质存在的基本法则。”还可以帮助科学家们对大爆炸中产生的反物质的最终去向加以了解。
此次的研究成果在《科学》杂志上进行了发表，文章称研究小组利用复杂的电子和磁场设备在极低温度下产生了反原子。
最新实验证明：正反物质的数量确有差异
高能粒子实验学家最新的实验证明，正反物质的数量的确略有差异。
正反物质的数量尽管只是差异一点点，带给我们的影响却是深远的。简单的说，若是宇宙间正反物质的量若是一样多，那我们抬头就看不到那些星星月亮，我们现在也不会出现在这边，而是与反物质瞬间中合，回归为一大堆的能量。
一年多前史丹佛直线加速器(SLAC)的BaBar研究群实验得到了一项重要的参数，sine two beta，一个关于正反物质数量关系的重要参数，为0.59。当时这个值跟粒子物理的标准模型所提出的预测0.74差不多，不过偏小。经过三年的重复实验，他们提出了更新更精确的数值0.72，不确定度约为0.07。
会造成物质数量多于反物质数量的主要原因是由于CP(charge-parity，电荷及宇称)不守恒。这个性质使得物质与反物质的镜像不相同，而使物质的数量较多。
CP不守恒最早是在1964年藉由观察K介子衰变所得到的。在1999年科学家改采用B介子的衰变作为研究重点。若是没有CP不守恒，测出来的sine two beta值会是零。
反物质和暗物质之谜 中国公众科技网 2002-01-03 11:00
反物质这个概念，听起来似乎是科幻小说家杜撰出来的。其实，世界上确实存在着反物质，反物质是由反粒子构成的，而反粒子与我们认识的电子、中子和质子等相似，只是电荷相反。有些科学家猜想，在整个宇宙中，物质和反物质是以同等数量存在的。只是，反物质集中在遥远的星系里，与由普通物质组成的星系相距亿万里。
那么暗物质又是什么东西呢?
1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为，宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。
一些星体演化到一定阶段，温度降得很低，已经不能再输出任何可以观测的电磁信号，不可能被直接观测到，这样的星体就会表现为暗物质。这类暗物质可以称为重子物质的暗物质。
还有另一类暗物质，它的构成成分是一些带中性的有静止质量的稳定粒子。这类粒子组成的星体或星际物质，不会放出或吸收电磁信号。这类暗物质可以称为非重子物质的暗物质。
天文学的观测表明，宇宙中有大量的暗物质，特别是存在大量的非重子物质的暗物质。据天文学观测估计，宇宙的总质量中，重子物质约占2％，也就是说，宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2％，98％的物质还没有被直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中，冷暗物质约占70％，热暗物质约占30％。
标准模型给出的62种粒子中，能够稳定地独立存在的粒子只有12种，它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。这12种稳定粒子中，电子、正电子、质子、反质子是带电的，不能是暗物质粒子，光子和引力子的静止质量是零，也不能是暗物质粒子。因此，在标准模型给出的62种粒子中，有可能是暗物质粒子的只有3种中微子和3种反中微子。
20世纪80年代初期，美国天文学家艾伦森发现，距我们30万光年的天龙座矮星系中，许多碳星(巨大的红星周围存在着稳定的暗物质，即这些暗物质受到严格的束缚。高能热粒子和能量适中的暖粒子是难以束缚住的，它们会到处乱窜，只有运行很慢的“冷粒子”才能束缚住。物理学家认为那是“轴子”，它是一种非常稳定的冷“微子，质量只有电子质量的数百万分之一。这就是暗物质的轴子模型。
轴子模型是否成立，最终得由实验裁决。最近，还有人提出，暗物质可能是一种称做“宇宙弦”的弦状物质，它产生于大爆炸后的一秒期间内，直径为1万亿亿亿分之一厘米，质量密度大得惊人，每寸长约1亿亿吨。这种理论是否成立，同样有待科学家进一步研究。（谭建淋 李宗福 卢哲俊 李太玉）
欧洲科学家称制成5万个反氢原子 科技日报 2002-09-19 10:11
记者得知欧洲核子研究中心物理学家人工制成至少5万个反氢原子的消息后，电话采访了在该研究中心工作的丹麦奥尔胡斯大学物理学教授杰弗里?汉格斯特。
汉格斯特介绍说，约140亿年前宇宙诞生时，产生了大体相等的物质和反物质，可是实际上科学家并未探测到那些反物质。它们到哪里了？现在有两种解释，一种认为在宇宙的某些地方存在着由反物质组成的星系；另一种推测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。由于科学家目前对反物质了解甚少，因此对宇宙诞生和演化以及物质世界构成等问题很难深入研究。
为探索反物质之谜，目前科学家采取了两种途径：一是在自然界中寻找反物质；二是在实验室中制造反物质。在自然界中寻找反物质难度很大，而且很难进一步研究其性质，因此近年来科学家尝试在实验室中制造反物质。1995年欧洲核子研究中心的科学家在世界上制成第一批反物质----反氢原子，从而揭开了人类研制反物质的新篇章。
实验中，科学家利用加速器，将速度极高的负质子流射向氙原子核，由于负质子与氙原子核相撞后会产生正电子，如果刚诞生的一个正电子恰好与负质子流中的另外一个负质子结合，就会形成一个反氢原子。在累计15小时的实验中，他们共记录到9个反氢原子存在的证据。1996年，美国费米国立加速器实验室制造了7个反氢原子。
汉格斯特说：“大量的反氢原子看起来像玻璃状物质，使我们能验证基本粒子物理学理论----“标准模型”的一些假设。如果反氢原子的行为与预期不一样，则需要对标准模型进行修正。”他还说：“以前也曾制造出反氢原子，但却没有这次制造的数量大。此外，这也是第一次在低能情况下制造出大量反氢原子。”
当记者问及合成大量反氢原子的意义时，他介绍说：“制造出相当数量的反氢原子，可使我们从光谱学上对氢和反氢进行比较。标准模型认为，它们应该是完全相同的。由于氢是人们在物理学中了解得最详细的一种原子，因此从理论上讲，人们便能对标准模型进行很精确的验证。”他还说：“2002年初该研究中心将开始进行标准模型的验证工作。”也许到那时，这一基本粒子的传统理论将得以印证，从而加深人们对宇宙诞生和演化的了解。
反物质让人类飞入深空 《北京青年报》
■要使飞船在合理的时间里飞到太阳系真正的边缘，或飞到太阳系外面，豪博士寄希望于反物质
1996年美国的火星全球观察飞船花了11个月才飞到了火星。即使按照最佳的飞行方案，飞向火星也要超过六个月。而在此期间，宇航员在失重状态下造成的骨质流失和肌肉萎缩，将严重影响他们的健康。因此宇宙飞船的速度对未来的宇宙航行是至关重要的事情。
然而，对正在美国航空航天局的资助下研究反物质发动机的史蒂夫·豪博士来说，飞向冥王星也不过是小菜一碟。这个最远的行星离地球的距离是地球到太阳距离的40倍。但是这还不到豪博士理想的星际旅行距离的一半。一个天文单位是9300万英里，这是地球到太阳的距离。奥尔特彗星云离地球的距离大约是250个天文单位。人类目前最快的飞得最远的飞船——美国的先锋10号和旅行者1号和2号飞船，飞到这个目的地也要几十年。在发射25年后，旅行者1号只飞到77个天文单位处。要使飞船在合理的时间里飞到太阳系真正的边缘，或飞到太阳系外面，豪博士寄希望于反物质。
■什么是反物质
反物质是什么呢？它们的质量和物质相同，但组成它们的粒子电荷正负和普通物质粒子相反。虽然宇宙中的反物质的存在还在理论研究中，但是在人工条件下，人们在粒子加速器里得到了反物质。1928年英国物理学家狄拉克首先从理论上提出了存在反物质的假说。1932年卡尔·安得尔森发现了正电子，即电荷为正的电子的存在。1955年在美国伯克利高能质子稳相加速器上，研究人员制造出了第一个反质子，即电荷为负的质子。欧洲原子核研究委员会的研究人员又制造出了第一个反原子，他们造出了9个反氢原子。存在了40毫微秒。到1998年他们一小时已经能生产2000个反氢原子了。
当反物质和物质相遇时就会发生湮灭反应，爆炸，放出伽马射线，产生大量的能量。
美国航空航天局在2000年前后就推出了反物质发动机的初步设想，豪博士现在在美国航空航天局的高级设计研究所资助下正在研制更快更好更便宜的反物质发动机。
反物质推进器的效率是百分之百的，因为反物质和物质湮灭时，它们的质量全部转化为了能量。它们释放出的能量是现在航天飞机里使用的氢氧燃烧释放的能量的100亿倍，是核动力工厂里的核裂变反应的1000倍，是核聚变反应的300倍。
豪博士力图找到一种能进行深空探险，能进行星际旅行的技术。以合理的快速度真正地到达深空。不用大型的笨重的聚变反应发动机，而用能量大，重量轻的反物质发动机。
■豪博士的飞船在四个月里能达到每秒116公里。而旅行者1号和它相比简直就是只乌龟，只有每秒17.4公里
从第一眼看来，豪博士设计的反物质帆飞船好像是太阳风帆的另一个变种。但是它们有重要的区别。
首先反物质帆飞船本身和几英里宽的太阳风帆比起来，小很多。它的直径只有15英尺（5米），反物质帆飞船结构相当紧密。
第二，反物质飞船通过从飞船里喷出反物质，自己给自己提供“风”。当这些反粒子相互作用时，就会用两种方式产生反物质帆飞船的推力。
首先，当然是反物质粒子和反物质帆碰撞产生的细微爆炸。其次，更重要的是物质和反物质湮灭时将和帆上薄薄的铀235涂层作用，产生少量的核裂变。由于豪博士基本使用了核裂变反应，才使飞船的重量降了下来。
这两个反应组合起来能产生最大的爆炸。这意味着这个小小的反物质飞船能以极高的速度前进。豪博士希望能达到用10年或更少的时间飞行到离地球250个天文单位的目标，这样才能保证宇航员在有生之年完成宇宙飞行任务。
用这种方法加速，豪博士的飞船在四个月里能达到每秒116公里。而旅行者1号和它相比简直就是只乌龟，只有每秒17.4公里。
■豪博士在实验室里找到了两种捕获反物质的办法
然而，任何先进的设计不可能没有障碍。中心问题是反物质的存储。这里有大量的技术问题等待解决。
豪博士已经开始研究这个问题，用常规的燃料存储罐不能存储反物质。豪博士在实验室里找到了两种捕获反物质的办法。
一是，把磁化了的反质子保持在冷冻的氢气里。磁场和深度的寒冷使这些粒子不会因撞击罐壁毁灭。
另一种方法是让正电子和反质子结合成反氢原子，用一种叫做约飞捕获器的器具，使之能产生和保存反氢原子。
另一方面，豪博士期望这种被存储的物质形成晶体形态，或是一种纳米级的雪花状。
但更大的问题是反物质仍然是很难生产的。甚至最先进的费米实验室一年也只能生产十亿分之一克。但据《自然》杂志披露，欧洲原子核研究委员会在制造反氢原子上有重大突破，他们的加速器获得了5万多个缓慢运动的反氢原子，和过去在加速器里得到的高速运动的反氢原子相比，这些缓慢运动的反氢原子不容易消失，更便于研究和使用。
豪博士说，生产反氢原子需要冷却环，要花两千万美元才能大量生产。如果有投资，我们一年就能实现反物质发动机。我们已经站在实现反物质发动机的边缘上了。
神秘的反物质
1930年英国物理学家狄拉克提出电子有两种，除了有带负电荷的电子外，还有带正电荷的电子，这两种电荷恰好一正一反，带负电荷的电子叫正电子，带正电荷的电子叫反电子。
长期以来，人们一直认为电子只有一种，所以对狄拉克的预言半信半疑。没想到两年以后狄拉克的预言得到了证实，美国物理学家安德森在实验室果然发现了反电子。
后来人们陆续又发现了反质子、反中子等等各种各样的反粒子。反粒子发现的多了，人们自然会想到，既然物质是由电子、质子和中子组成的，那么是不是由反电子、反质子和反中子组成的物质就是反物质呢。
于是科学家们设计好方案进行实验，功夫不负有心人，科学家们终于在实验室得到了结构比较简单的反氘，这说明反物质的设想并不荒唐。
反物质这东西很神秘的，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大量的能量。据说1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石，反物质与正物质通古斯河上空结合放出大量能量而造成的。
据估计，一克反物质与正物质结合时，放出的能量相当于世界上几个最大水电站发电量的总和。科学家预测假如利用反物质推动太空船，六星期到达火星将不是梦想。
但是，要利用反物质，就必须首先找到反物质，在地球上人们尚未找到可利用的反物质。令人可喜的是科学家发现在地球之外十分遥远的银河系中心存在一个反物质源，它喷射出一个“反物质喷泉”，这些反物质能不能为人类所利用至今还是个谜。
自然界有“反物质”吗
建一
１９３０年，英国物理学家狄拉克根据泡利的不相容原理提出一个大胆的假设：认为自然界中存在一种与电子性质相同却具有相反电荷的粒子。１９３２年，美国物理学家安德森在分析一张从云雾室中拍到的粒子运行轨迹照片时，偶然发现了一种奇怪的现象，有些粒子的轨迹与电子非常相似，只是偏转方向相反，于是他把这种粒子叫作正电子，从而证实了狄拉克预言的带正电荷电子的存在。
１９５５年，美国物理学家塞格雷和张伯伦利用质子同步加速器发现了反质子。１９５６年，洛仑兹辐射实验室的柯克等人利用质子与反质子的非碰撞反应又发现了反中子。至今在已发现的基本粒子中，每种粒子都有在质量、自旋数、寿命等方面相同，而电荷、磁矩等量子数方面相反的配偶棗反粒子，正粒子与反粒子成双成对是普遍的。于是有人设想，原子是由带负电荷的电子和带正电荷的原子核组成，如果由带正电的电子与带负电的质子组成原子，那么就是反原子，由反原子就可组成反分子，由反分子就可组成“反物质”。
１９３３年，狄拉克在诺贝尔奖颁奖仪式上发表的演说中称，他相信存在一个“反物质”构成的宇宙。之后瑞典物理学家阿尔文等人的“反物质宇宙模型”学说认为，原始宇宙由一半正物质和一半反物质构成，随着宇宙的膨胀，形成了彼此孤立的“总星系”，被“宇宙地平线”分隔开，因而不能相互观测到。那么自然王国中是否存在 “反物质”呢？
目前各国科学家搜索和研究“反物质”的宏大计划正在加紧进行，主要采取两种途径：一是研究反物质的自然状态，如１９９８年６月２日，美国“发现”号航天飞机携带阿尔法磁谱仪去太空寻找“反物质”；二是建造强大而精密的超高能设备，在实验室中制造“反物质”。
随着基本粒子的反粒子相继发现，人们终于领悟到，电荷共轭原理是极其普遍的原理，所有基本粒子都存在相应的反粒子（电荷相反）。正粒子代表一种能量态，反粒子则代表另一种相反的状态，正粒子与反粒子不过是一种更基本的粒子的两种数量不同的组合形态，正粒子与反粒子仅仅是电磁性质上相反，在本质上是相同的。在正反粒子相互湮灭过程中，只有电荷消失了。因为电荷是正粒子与反粒子惟一性质相反的部分，正粒子和反粒子具有的两份相同的质量都不能消失。然而，质量是能量的一种形式，它可以改变形式，在相互湮灭过程中会放出带能量的粒子，这个粒子能量就等于湮灭之前所存在的质量差。
各种粒子和反粒子总是形影不离，在高能条件下出现的正反粒子短暂对峙局面是一种粒子分裂为更低层次粒子时的运动状态，所以反粒子不能以天然常态长久存在，只能在高能碰撞中亮相。时至今日，地球上发现的反粒子都是在实验室极端条件下的产物，微观粒子在相互转化时出现的正反粒子一旦相遇就会灰飞烟灭，瞬间转化成其它粒子。就是寿命最长的反中子也从未超过１００秒，所以有一种奇怪的现象，一些基本粒子分割后得到的却是与分割前处于同一层次的粒子。
自然界没有绝对的事物，当然也不会有绝对的对称，如果说物质的对称性显示了物质世界的整体统一性，而局部的不对称性，则是所有物质都在一刻不停运动的表现。愈小的物质结构，运动范围愈小，对称性愈明显；愈大的物质结构，运动范围愈大，不对称性越明显。其实我们周围宏观世界的物质不完全对称，只是一种局部的不均匀性，在更大尺度上，所有物质都会遵循对称性原理。从宏观世界看到的不对称结构，在更深层次的微观世界中却显得十分对称。就像人类性别比例，在某一社会结构中，男女比例相差往往十分悬殊，而对于整个人类来说，男女比例基本对称，再具体到每一对配偶就是完全对称了。宇宙的物质总量中，所有物质结构（从天体到粒子）本来就是一分为二的，对称性是物质状态和运动规律在对称变换下的性质，已成为物理学中一个最普遍而深刻的原则。
但是，谈论“反物质”问题时，首先必须澄清正反概念的涵义。按逻辑推理，正反概念是指某一事物内包含的两个对应面（譬如原子中有带正电的原子核和带负电的电子），正反概念在本质上是势不两立的。如果属于两个范畴，是两种不同的事物，它们之间没有可比性，就不存在相对应的正反概念。无论正电子还是其它反粒子的发现，只是证实了自然界中各种正反粒子同时存在，显示物质世界的一种基本对称性棗正反对称，呈现了大自然一种令人心灵震撼的对称美。但这些正反粒子的性质仍然没有超出物质范畴之外，与物质的概念并不对应。反粒子只是带相反电荷的粒子，与“反物质”的概念风马牛不相及。
物质一词概括了宇宙中不依赖于人的意识而客观存在的一切。而在明确无误的物质世界之外无中生有地虚构一个“反物质”世界，就像在阳间世界之外再去假设一个与之对应的阴间世界一样离奇。而确定一个与物质概念相对应的概念，就只能是棗物质与精神这两种对应的概念，而不能是物质与“反物质”的划分。
大自然是检验所有理论的试金石，我们看不出有任何显而易见的理由对“反物质”理论作出合乎逻辑的解释，相反，我们通过逻辑推理可以排除“反物质”存在的可能，却由于它的不可检验性（非科学事物的共性）而无法证实其不存在。结论也只能有待于那些寻找“反物质”的尝试的最终结果而定了。
摘自《大众科技报》
建“反物质工厂”探索反物质之谜
姜岩 潘治
欧洲核子研究中心8月10日宣布，它建造的反质子减速器已经投入使用。这一“反物质工厂”将帮助科学家进一步探索反物质之谜，揭示宇宙诞生和演化以及物质世界构成等奥秘。
物质由分子和原子组成，原子由带负电的电子和带正电的原子核组成，如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子，那么就是反原子，由反原子就可组成反物质。
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，那么现在这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。由于科学家目前对反物质了解非常少，因此对宇宙诞生和演化以及物质世界构成等问题很难深入研究。
为了探索反物质之谜，目前科学家采取了两种途径，一是在自然界中寻找反物质，研究反物质的自然状态；二是在实验室中制造反物质，从更多的角度研究反物质。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物质的反物质源。它喷射出的反物质在宇宙中形成了一个高达2940光年的“喷泉”。这是宇宙反物质研究领域的一个重大突破。
正反物质相遇可释放出巨大的能量和比普通可见光强25万倍的伽马射线。银河系反物质“喷 泉”是通过这一间接证据发现的，因而它对深入研究反物质的性质帮助不大。为了“面对面 ”地研究反物质，科学家想到了直接“捕捉”反物质。在地面，由于大气干扰，几乎不可能 “捕捉”到反物质，因此科学家把目光投向了太空。
1998年6月2日，美国“发现”号航天飞机携带阿尔法磁普仪发射升空。这一核心部分由中国科学家制造的仪器，是当代最先进的粒子物理传感仪，目的是去太空寻找反物质。阿尔法磁谱仪这次随“发现”号上天，尽管没有发现反物质，但采集存贮了大量数据。2002年它将被送上国际空间站，进行长达3年的数据采集工作。它对反物质的探索，很可能带来一次科学突破。
在自然界中寻找反物质难度很大，而且很难进一步研究它的性质，因此近年来科学家尝试在实验室中制造反物质。1995年欧洲核子研究中心的科学家在世界上制成了第一批反物质——反氢原子，揭开了人类研制反物质的新篇章。科学家利用加速器，将速度极高的负质子流射向氙原子核，以制造反氢原子。由于负质子与氙原子核相撞后会产生正电子，刚诞生的一个正电子如果恰好与负质子流中的另外一个负质子结合就会形成一个反氢原。在累计15小时的实验中，共记录到9个反氢原子存在的证据。由于这些反氢原子处在正物质的包围之中。因此它们的寿命极短，平均寿命仅为一亿分之三秒(30纳秒)。1996年，美国费米国立加速器实验室成功制造了7个反氢原子。此后，在实验室中制造反物质的工作受到很多科学家的高度重视。
目前在实验室中制造正电子、负质子等反基本粒子已是轻而易举，而将正电子与负质子组成反原子尚十分困难，因为将这两种粒子结合在一起并且能证实它们结合成反原子的工作十分复杂，因此科学家需要研制功能更强大的研究工具。
8月10日宣布投入使用的反质子减速器是一个圆形混凝土盒，周长188米，耗资1150万美元。它利用磁场将高能反质子减速成速度约为光速十分之一的反质子。科学家将利用减速器产生的反质子进行实验，用磁场对反质子进行约束，或将反质子与正电子结合成为反氢原子。科学家计划在今年年底前用反质子减速器制造出首批反氢原子，2002年完成对初步实验结果的分析。
目前，欧洲核子中心正在建设世界上最大的原子加速器——强子对撞机。这一对撞机得到欧 洲国家和美国、日本、俄罗斯等国家的支持，预计将于2005年建成并投入运转，估计耗资60亿美元。科学家认为，随着一系列包括深测器和加速器等研究工具的投入使用，人们将进一步揭开反物质之谜。
(世纪科技报)
什么是反物质
反物质就是由反粒子组成的物质。所有的粒子都有反粒子，这些反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数与之相反。
例如，氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个带正电的正电子和一个带负电的反质子构成。物质和反物质相遇后会湮灭，释放出大量能量。
科学家认为，制造出大量反氢原子，有助于验证CPT守恒假设的正确性和宇宙标准模型的普适性。如果发现反氢原子与氢原子在物理规律上并不完全对等，将给物理学和宇宙学的一些基础问题带来非常重要的新启发。例如宇宙大爆炸理论认为，宇宙诞生时，从虚无中产生了相等数量的物质和反物质。但人们观察到的宇宙中，物质显然占绝对的主导地位。对反氢原子的研究，可能有助于解开这个疑点。《科技日报》2002.9.22
世界是由什么构成的？
有点儿物理常识的人都知道世界是由物质构成的，但最近的反物质概念，不得不让我们重新考虑自己的认识，宇宙之间确实还存在一种新东东。就像有对就有错，有好就有坏，有正就有负，万事都是对立统一而不是孤立存在的，物质也不例外，它也有自己的对立面——反物质。
自然之迷和反物质
发展历程
追踪反物质
自然探索
人造反物质
新的能量源泉
自然之迷和反物质
世界是由物质构成的，曾经被人们认为是万古不变的真理，但一个个自然之迷却不能由此得到解释。
·1908年，在一声天崩地裂的巨响中，一片沉睡的原始森里顷刻化为灰烬，大火吞没了数百公里之内的城镇和生命，这就是震惊世界的通古斯大爆炸。近百年来虽有各国考察团相继调查，但仍无定论，成为世纪之迷。
·无独有偶，1984年4月29日，日本一架班机飞抵美国阿拉斯加时，副机长突然发现飞机的前方有一团巨大的“蘑菇云”，而且急速向四周扩散，天空一片灰蓝……与此同时，荷兰的一架班机和这条航线上的其他两架飞机也见到了这种现象。降落后，获悉消息的美国当局立即对这四架飞机及机上人员进行放射性污染测试，结果，没有发现任何放射性污染的痕迹，又是一个世纪之迷。
但它们有一个共同的答案，就是怀疑是由反物质引起的。
那反物质到底是什么呢？它和物质又有什么关系？
所谓反物质，是指原子核由反质子和反中子构成，外围环绕的是正电子的物质。电子是最轻的带电粒子，正电子是最轻的带电反粒子。反核子（反中子和反质子）组成反原子核，反原子核和正电子组成反原子，各种反原子组成各种反物质。反物质可以构成反正体、反星系。
因为物质和反物质除了带电性以外完全相同，就像人和自己的像，完美附合，所以称反物质是物质的镜像。它的能量存在方式是γ射线，有时当γ射线接近一个原子时，会突然变成一个电子（物质）或一个正电子（反物质），同样当电子和正电子相遇时，就会湮灭形成两束γ射线，沿不同的方向传播。如果只有一束射线，这样的能量向质量的转化就不能发生。当原子释放出一个电子时，便会有一个中子变成质子。但是大多数原子都是通过向外辐射正电子衰减的，这时就会有一个质子变成中子，任何一种粒子都有它的反粒子存在。
发展历程
早在1928年英国物理学家保罗修正了爱因斯坦的光电方程：E＝mc2。保罗认为，爱因斯坦没有考虑等式中的m可能有正负两个值，他大胆的提出了在我们生活的宇宙中可能存在反物质的设想。他认为这些反物质是物质的完美镜像，具有和普通物质相同的质量，唯一的不同是电性相反。
来自太阳系的反物质云
1931年卡尔在分析云室照片时发现，有一种粒子至上而下穿过了云室中的铅板，由于磁场作用而产生的路径弯曲形式证明这种粒子带有一个单位的正电荷，但质量和其他性质都和电子完全相同，便给它起了个名字叫正电子。正电子的发现验证了保罗的大胆预测。
计算机模拟正反质子对撞
1955年伯克利大学的研究者们利用加速器研制出反质子，和质子具有相同的质量和核质比，带一个单位负电核。
研究反物质最为著名的欧洲粒子物理研究所的科学家们已经研制出第一批反物质原子，虽然数量只有九个，而且在最后湮灭之前只存在了30纳秒，但已经迈出人工合成的第一步。1998这个中心的研究人员开始用加速器产生的反质子通过氙气，合成反氢原子。
追踪反物质
根据目前公认的大爆炸学说，宇宙是由大约在150亿年前的大爆炸产生的，大爆炸后，宇宙在不断地膨胀和冷却。大量的天文学观察和天体物理实验结果，支持了这个理论。然而根据粒子物理理论，大爆炸理应产生同样数量的物质和反物质。
迄今为止，所有实验没有在宇宙中观察到反物质的存在，宇宙中究竟是否存在反物质？它是随着时间的推迟而湮没了呢还是躲在银河系某个遥远的角落不愿被人们发现呢？好奇的人们又把探索的目光投向了茫茫宇宙，试图找到反物质的藏身之地。
如果真有一块世外桃源是由反物质构成的，那他一定存在一个和物质接触的边缘。于是科学家们又开始有目的地搜索，尽力找到辐射γ射线的区域，也就是反物质的聚集之处。最近有些科学家已经发现银河系的中心向外辐射大量的γ射线，那么这里就是我们在苦苦搜寻的地方吗？反物质又因何原因来了这里？为什么今天又开始向外辐射能量？这些问题还没有最后的定论，只能等待时间和进一步的努力探索彻底揭开反物质的神秘面纱。
星云还是反星云
反物质是和物质同时出现的，但是“同人不同命”，物质现在统领着整个世界，而反物质却消失在我们的视线之外。要了解反物质的来龙去脉，不妨先看看它的兄弟——物质的发家史。
一场大爆炸造就了物质和反物质，但由于二者互不相容，又势均力敌难分高下，结果是只要遇到一起，就复合湮灭，共同消亡，哎真是既生谕何生亮呢？
但是我们又要问了，既然是二者共同湮灭，那为什么现在只见物质，而不见反物质呢？
1966年苏联物理学家列出了三条造成今天这种物质和反物质间天壤差别的条件：
（１）质子应该都要衰减的，但由于它的运动速度较慢，在地球上便有少量的得以活命；
（２）大爆炸后有一个漫长的冷却过程；
（３）在反物质和物质之间存在着可测量的差别。
自然探索
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γ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物质的反物质源。它喷射出的反物质在宇宙中形成了一个高达2940光年的“喷泉”。这是宇宙反物质研究领域的一个重大突破。
1998年6月2日，美国“发现”号航天飞机携带阿尔法磁谱仪发射升空，其核心部分由中国科学家制造，是当代最先进的粒子物理传感仪，目的是去太空寻找反物质。阿尔法磁谱仪这次随“发现”号上天，尽管没有发现反物质，但采集存贮了大量数据。2002年它将被送上国际空间站，进行长达３年的数据采集工作。它对反物质的探索，很可能带来一次科学突破。
人造反物质
在自然界中寻找反物质难度很大，而且很难进一步研究它的性质，因此只有靠我们自己的智慧，开辟第二条路线——人造反物质。通常的原子都是由原子核和电子构成，电子围绕位于中心的原子核做圆周运动。氢原子是自然界中最简单的也是最轻的原子，只有一个电子和一个质子。与之对应的反氢原子理论上也应非常简单包括一个正电子和一个反质子。1995年欧洲粒子物理研究中心的科学家在世界上制成了第一批反物质——反氢原子，揭开了人类研制反物质的新篇章。科学家利用加速器，将速度极高的反质子流射向氙原子核，以制造反氢原子。由于负质子与氙原子核相撞后会产生正电子，刚诞生的一个正电子如果恰好与负质子流中的另外一个负质子结合就会形成一个反氢原子。在累计15小时的实验中，他们共记录到９个反氢原子存在的证据。由于这些反氢原子处在正物质的包围之下，因此它们的寿命极短，平均一亿分之三秒（30纳秒）。1996年，位于美国费米国立加速器实验室成功制造了７个反氢原子。此后，在实验室中制造反物质的工作受到很多科学家的高度重视。
目前在实验室中制造正电子、负质子等反基本粒子已是轻而易举，而将正电子与负质子组成反原子尚十分困难，因为将这两种粒子结合在一起并且能证实它们结合成反原子工作十分复杂，因此科学家需要研制功能更强大的研究工具。2000年10日宣布投入使用的反质子减速器是一个圆形混凝土盒，周长188米，耗资1150万美元。它利用磁场将高能反质子减速成速度约为光速十分之一的反质子。科学家将利用减速器产生的反质子进行实验，用磁场对反质子进行约束，或将反质子与正电子结合成为反氢原子。科学家计划在今年年底前用反质子减速器制造出首批反氢原子，2002年完成对初步实验结果的分析。
目前，欧洲粒子物理中心正在建设世界上最大的原子加速器——强子对撞机。这一对撞机得到欧洲国家和美国、日本、俄罗斯等国家的支持，预计将于2005年建成投入运转，估计耗资60亿美元。科学家认为，随着一系列包括探测器和加速器等研究工具的投入使用，人们将进一步揭开反物质之谜。并用它去验证一些传统定律的正确性，寻找物质和反物质之间新的平衡点。首先是牛顿受自由落下的苹果的启发提出的万有定律，如果当时是一个反物质苹果，结果又会怎样？重力对物质和反物质的影响是否相同？不同的原因和机理又是什么？
新的能量源泉
天才的爱因斯坦告诉我们，质量和能量是可以相互转化的。质能转化定律回答了长期萦绕在我们心头的一个迷，那就是物质和反物质都共同湮灭了，物质守恒定律又应如何解释？
原来是这样，物质和反物质都以能量的形式而继续存在，其间的转化就是著名的智能方程E＝mc2（m是粒子质量，c是光速），说来这还是一个不小的能量库。我们知道，物质燃烧产生光和热，是在物质形态和结构变化中产生的，其质量基本不变。物质的核聚变反应约损失0.07％的质量，它产生的能量比热化学反应大千万倍。不过与湮灭相比，那真有点小巫见大巫的意味，就连其中质量最小的电子在和正电子发生湮灭时也会放出大量的热能和化学能。那么，比电子质量大1836倍的正反质子和中子湮灭时，能量该有多大！而由这些粒子构成的正反物质湮灭，将全部质量转变为能量，又该是多大！
仍处于设计阶段的反物质太空飞船
NASA的科学家们正在致力于研究一种新型反物质太空飞船，到时几乎所有的能量都可由正反物质湮灭提供，不再需要配备大量沉重的化学能源，大大减轻太空飞船的质量，提高发动机的效率，同时也给日益严重的全球能源危机找一条新的出路。据2000年10月来自NASA的研究人员宣布，反物质发动机只需百万分之一克的反物质，就可供给飞船绕火星环绕一周所需的能量。
因为物质反物质湮灭，质能转化效率是100%，可以说是目前为止最为有效的能量获得方式，是目前太空飞船常用的氢氧燃烧效率的100亿倍，是核能的1000倍。
太空飞船上反物质的存储装置
反物质发动机工作步骤：
（１）磁环存储 因为反物质只要和物质接触就会湮灭，所以一定要隔离普通物质存储。考虑到二者带电性的不同，磁区能将反物质限制在磁环内。
（２）释放系统 当飞船需要能量时，磁环就会将反物质释放出来，使之与物质反应，放出能量。
（３）磁性火箭推动器喷嘴 一个长形的磁性喷口将湮灭产生的能量经由推动器排出，推动火箭上升。
宇宙中反物质和暗物质之谜
反物质这个概念，听起来似乎是科幻小说家杜撰出来的。其实，世界上确实存在著反物质，反物质是由反粒子构成的，而反粒子与我们认识的电子、中子和质子等相似，只是电荷相反。
有些科学家猜想，在整个宇宙中，物质和反物质是以同等数量存在的。只是，反物质集中在遥远的星系里，与由普通物质组成的星系相距亿万里。
那么暗物质又是什么东西呢?
1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论﹕宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为，宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质 的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。
一些星体演化到一定阶段，温度降得很低，已经不能再输出任何可以观测的电磁信号，不可能被直接观测到，这样的星体就会表现为暗物质。这类暗物质可以称为重子物质的暗物质。
还有另一类暗物质，它的构成成分是一些带中性的有静止质量的稳定粒子。这类粒子组成的星体或星际物质，不会放出或吸收电磁信号。 这类暗物质可以称为非重子物质的暗物质。
天文学的观测表明，宇宙中有大量的暗物质，特别是存在大量的非重子物质的暗物质。据天文学观测估计，宇宙的总质量中，重子物质约占2%，也就是说，宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2%，98%的物质还没有被直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中，冷暗物质约占70%，热暗物质约占30%。
标准模型给出的62种粒子中，能够稳定地独立存在的粒子只有12种，它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。这12种稳定粒子中，电子、正电子、质子、反质子是带电的，不能是暗物质粒子，光子和引力子的静止质量是零，也不能是暗物质粒子。因此，在标准模型给出的62种粒子中，有可能是暗物质粒子的只有3种中微子和3种反中微子。
20世纪80年代初期，美国天文学家艾伦森发现，距我们30万光年的天龙座矮星系中，许多碳星(巨大的红星周围存在著稳定的暗物质，即这些暗物质受到严格的束缚。高能热粒子和能量适中的暖粒子是难以束缚住的，它们会到处乱窜，只有运行很慢的“冷粒子”才能束缚住。物理学家认为那是“轴子”，它是一种非常稳定的冷“微子，质量只有电子质量的数百万分之一。这就是暗物质的轴子模型。
轴子模型是否成立，最终得由实验裁决。最近，还有人提出，暗物质可能是一种称做“宇宙弦”的弦状物质，它产生于大爆炸后的一秒期间内，直径为1万亿亿亿分之一厘米，质量密度大得惊人，每寸长约1亿亿吨。这种理论是否成立，同样有待科学家进一步研究。
2002/01/04 中国公众科技网
“反物质”世界存在吗？2001-02-28 08:37:29
世界上的事物都是充满矛盾的。有上必有下，有左必有右，有阳必有阴，有正必有反。那么，既然世界上有着无穷的物质，也存在反物质吗？这是物理学中的一个令人惊奇而有趣的问题。
1930年，英国物理学家狄拉克，明确提出电子有两种，两种电子的质量相同，但所带电荷不同，除了带负电荷外，有的电子带正电荷。这两种电子恰好相反，即一正一反。带负电荷的电子叫正电子，而带正电荷的电子叫反电子。当时狄拉克提出正反电子的理论之后，人们半信半疑：这反电子在哪里呢？
为了证明狄拉克的理论，物理学家们在实验室内通过实验寻找反电子存在的证据。1932年，美国物理学家安德逊果然发现了反电子。
安德逊是一位专门研究从外层空闪射来的宇宙射线的专家，他使来自宇宙空间的微小粒子在他设计的云雾空中留下径迹。有一次他突然发现有些微小粒子留下的任迹与电子相反，一个向左弯，另一个却向右弯，正好一正一反。据此，安德逊认为这是狄拉克提出的正反电子理论的证据。也就是说，安德逊发现了反电子。安德逊因此获得了1933年的诺贝尔物理学奖。
发现了反电子，在物理学界是一次巨大的震惊。它为研究反物质起了促进作用。既然有反电子存在，人们也就对以理解反物质的存在。过了12年之后，反质子又发现了。质子与反质子的质量完全相同，只是质子带的是正电，反质子带的是负电。不久之后科学家又发现了反中子。中子与反中子都不带电，科学家还是能区分它们，因为中子与反中子的自旋方向正好相反，一个是左旋，另一个是右旋。
物理学家后来又陆续发现了多种反粒子。既然物质是由电子、质子、中子组成的，那么把反电子、反质子、反中子配成套，就应该组成反物质了。物理学家根据物质组成的理论，进行反物质的设计，并付诸实现，终于得到了结构比较简单的物质棗反氘。这是一个成功的实验，因为反氘是氢的同位素。物理学家得到了反氦的同位素棗反氦核，说明宇宙中确实存在着反物质。
人们提出这样的问题：既然存在反物质，那么反太阳、反地球、反宇宙……在哪里？我们应该到哪里去寻找反物质？为什么反物质不能长期存在？
原来在我们的周围世界，反物质只要一露头，就会与正物质相结合，并迅速湮没。因此，在我们这个物质世界里，是很难找到反物质的。狄拉克说过，在宇宙空间，有的星球可能是反物质构成的。相信秋拉克这一大胆预言的大有人在，而不相信秋拉克的预言的人也不是少数，他们坚持，只有找到了反物质组成的星球则能相信秋拉克的预言是正确的。
但是，就我们今天的观察手段，还无法把反物质与物质区分开来。例如来自太空的星光，不论是正反物质，光谱是完全相同的。因此，在宇宙深处是否存在反物质星系，就成了一个无法猜透的谜。
关于反物质问题，仍然需要不断地进行深入的研究。在21世纪，人们相信会有重大进展。
（毕东海）
人类首次大批制造反物质 对解答宇宙构成等问题将有重要意义
在世界各地9个研究所、39名科学家的通力合作下，欧洲核子研究中心近日已成功制造出约5万个低能量状态的反氢原子，这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。
总部设在瑞士日内瓦的欧洲核子中心的相关报告18日由英国《自然》杂志在其网站发表。参与研究的科学家说，这是反物质研究的“一个重要里程碑”。报告说，科学家先在粒子加速器中使原子和质子相撞，制造出反质子，通过反质子减速器把它的速度降到光速的十分之一左右，然后用电磁场的“陷阱”将反质子束缚起来，使其速度进一步降到光速的百万分之几。另一方面，科学家收集放射性同位素衰变释放的正电子，也用电磁场陷阱使其减速。随后，他们把速度较低的反质子与正电子在另一个电磁场“陷阱”中混合。
如果反质子与正电子结合，正负电荷抵消，就会形成不带电的反氢原子，电磁场无法对它起作用。这样，反氢原子就脱离磁约束区域，撞击在金属电极上，其中的反质子和正电子分别与物质中的质子和电子湮灭。如果人们在同一地点、同一时刻观察到质子—反质子和电子—反电子湮灭的迹象，就可以确定有一个反氢原子湮灭了。
科学家说，使用这种方法，每秒钟能观察到几个反氢原子湮灭。从8月份开始，他们观测到反氢原子生成的最初迹象，估计整个试验至今共产生出了5万个反氢原子。科学家认为，能够大量地制造反氢原子，对准确比较物质与反物质的差别、解答宇宙构成等问题将有重要意义。
什么是反物质？
反物质就是由反粒子组成的物质，所有的粒子都有反粒子。例如氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个带正电的正电子和一个带负电的反质子构成。物质和反物质相遇后会湮灭，释放出大量能量，在很多科幻片中这些能量都被用于进行宇宙发射等。
为什么研究反物质？
对反氢原子的研究，将给物理学和宇宙学的一些基础问题带来新启发。例如宇宙大爆炸理论认为，宇宙诞生时，从虚无中产生了相等数量的物质和反物质。但人们观察到的宇宙中，物质显然占绝对的主导地位，那些反物质去哪里了呢？如果发现反氢原子与氢原子在物理规律上并不完全对等，可能有助于解开这个疑点。
物理学中有一个称为CPT守恒(电荷—宇称—时间守恒)的假设，根据这个假设，如果把基本粒子的电荷、宇称两个性质都换成相反的，并倒转时间箭头，所得到的粒子将与原来的粒子遵循同样的物理规律。例如，氢原子和反氢原子的光谱、对引力的反应都应该相同。科学家认为，制造出大量反氢原子，有助于验证CPT守恒假设的正确性和宇宙标准模型的普适性。
(据《北京晨报》王艳红)