反物质在哪里？

1932年美国物理学家安德森与密立根在研究一种来自遥远太空的宇宙射线时，意外地发现一种质量和电量都与电子完全相同的粒子，唯一不同的是它在磁场中弯曲的方向与电子相反，也就是说它是带正电的粒子，他们就把它称为正电子。

继正电子发现后，科学家在研究元素的裂变过程中又相继发现了反质子和反中子。正电子与电子相仿，反质子也具有与质子完全相同的质量和电量，但是带负电。那么，中子不带电，又怎样存在反中子呢？原来各种基本粒子除具有质量、电量、电荷等属性之外，还会像地球那样自转，依据各自的转轴自旋，中子与反中子的差别，就在于它们自旋时，一个是左旋，一个是右旋，即一个是顺时针转的，另一个是逆时针转的。实验发现，这几种反粒子都不能长久存在，它们很快与电子、中子、质子相结合而湮灭，同时产生y射线。

随着研究工作的深入，迄今为止，在科学家们已发现的三百多种基本粒子中，差不多正、反粒子各占一半。各种各样的反粒子的发现，促使人们思考这样一个问题：既然各种元素的原子都是由中子、质子和电子这些“正”粒子构成的，那么是否也可能存在着完全由“反粒子”组成的“反元素”呢？

为了探索反元素存在的可能，物理学家们设计了各种各样的实验方案，终于在1965年发现了一种由反质子和反中子结合形成的反元素——“反氢”的同位素“反氘”。接着又找到了“反氦”的同位素“反氦3”。虽然“反氘”和“反氦3”也同样无法长期存在，但是它们的发现却打开了人们的眼界。

有了反元素就有可能制造出由反元素的反原子组成的反物质分子，进而甚至可由反物质分子构成“反人”。可是，实际上我们却无法获得这些反物质，因为在我们的周围世界里反物质只要刚一露头，就会立刻与“正”物质相结合，并极其迅速地湮灭。那么反物质在自然界中究竟有没有呢？以往的一些理论认为，正物质与反物质在宇宙中是对称的，同样多的，反物质虽然在地球上只能短暂地出现在实验室里，但是在茫茫无际的宇宙中某些部分却有可能存在由反物质构成的星系，在那些星体上反物质的存在是极其“正常”的，而正物质却是极其稀罕的。鉴于物质与反物质仅是电磁性质上相反而其它方面均相同，那么它们就应该在宇宙的总磁场（人们认为就象地球有它自己的磁场一样，宇宙也有它自己的磁场）影响下，各自向宇宙的相反方向集中，分别形成星系与反星系，根据这种观点，宇宙就应该一分为二，其一半由正物质构成，另一半由反物质构成。而且可以想象，由反物质构成的星系应该分布在距离我们极其遥远的地方。但是至今我们无法获得直接的证实，因为由“反物质”组成的星系与由“正物质”组成的星系是如此地相同。它们发出的光谱完全相同，以致我们今天的天文观察手段还无法将它们区分开来。

但近几年发展起来的大统一理论却认为存在不对称宇宙的可能性，它预示物质不一定非得与等量的反物质一同产生，在宇宙的演化过程中绝大部分反物质都已湮灭，剩下的少量不平衡的正物质构成了目前整个可观测的宇宙。

为了检验这两种理论究竟哪个正确，物理学家们努力去搜寻空间中的反物质。从原理上说寻找反物质并不复杂，只要带一架探测器放到怀疑有反物质的地方去，一旦这个探测器消失了（确切说是在湮灭过程中化为Y光子溜走了），这样反物质就算找到了。可是，这样稀奇的事，谁也没有遇到过：可以肯定地球上不存在反物质。进一步说，从天外飞来的不速之客——陨石——里也没有找到。星际航行时代开始后，宇航员在月球上，以及无人飞船降落在火星、金星上时，都搜索过反物质，但一无所获。太阳上会不会有呢？也不会有，因为在太阳风里也找不到反粒子。

能不能直接探测太阳系以外宇宙中的反物质呢？可以，但目前只有一个办法，就是在宇宙射线中去寻觅。这种射线来自遥远的宇宙深处，如果在银河系，甚至在河外星系中有反物质组成的天体，那么宇宙射线中就会含有反粒子。长期来，物理学家竭力想从原始宇宙射线中找到反粒子，但总是未能如愿以偿，充其量只能估计出反粒子数的上限，大约不超过宇宙线质点总数助万分之几，而且还不排除这些反粒子是原始宇宙线与星际物质碰撞而产生的。

至今，我们既不能肯定宇宙中有反物质，但也不能完全予以否定。因为人类已经观测到的最遥远天体，距我们有100多亿光年，但这并不是宇宙的边缘，“天外有天”，也许在更遥远的太空中会有反物质集团呢！也可能在我们已经观测到的宇宙中确有反物质，只是由于某种未知的原因，我们无法看到这些反物质罢了。有朝一日我们有了新的检测手段，把我们的眼睛擦亮了，反物质就会映入我们的眼帘。