基本介紹
- 中文名：負質子
- 外文名：antiproton
- 發現時間：1955年
- 發現人：塞格雷、張伯倫
- 別名：反質子
基本性質,發現過程,負質子的產生,負質子的觀測,
基本性質
質量及自旋與質子相同，但電荷及磁矩則與質子相反，帶有與電子相同的負電荷。壽命也與質子相當。一個負質子是由兩個上反夸克及一個下反夸克所組成。雖然負質子本身是穩定的，但由於負質子與質子接觸會發生湮滅的現象，並且轉化為能量，是故反粒子無法在一般的自然環境中保存。
發現過程
1932年8月2日，美國加州理工學院的安德森等人向全世界莊嚴宣告，他們發現了正電子。正電子的發現證實了狄拉克反粒子理論，一些理論物理學家開始認真對待這一理論。1934年泡利與克拉夫證明，即使不能形成穩定的負能粒子海，也會有相應的反粒子存在。於是人們就開始尋找其他粒子的反粒子。
1954年，在加利福尼亞大學的勞倫斯輻射實驗室，建成了64億電子伏的質子同步穩相加速器，這為尋找負質子提供了條件。1955年，張伯倫和塞格雷用上述加速器證實了前一年人們所觀測的負質子的存在。由於負質子出現的機會極少，大約每1000億高能質子的碰撞，才能產生數量很少的負質子，因而證實負質子的存在極為困難。1955年他們這個實驗小組測到60個負質子。由於偶然符合可能性不大，記數系統雖不算好，但較為可信。
不久他們又發現反中子的存在，儘管高能粒子打靶時也能產生反中子，但是由於反中子不帶電，更難從其他粒子中鑑別出來。他們是利用負質子與原子核碰撞，負質子把自己的負電荷交給質子，或由質子處取得正電荷，這樣，質子變成了中子，而負質子則變成了反中子。
負質子的產生
K介子的質量大約是電子質量的一千倍，負質子
的質量大約是電子質量的兩千倍，所以從核中打出K和負質子需要更高的能量。美國加利福尼亞大學輻射實驗室用62億電子伏的質子轟擊靶物質，最先得到了負質子。當時只觀察到60個負質子，要想得到更多的粒子，還要提高加速器的能量。使用美國布魯克海文國立實驗室的330億電子伏質子加速器，可以得到強度大於106粒子/秒的K介子束和負質子束。
K-介子與物質之間的作用很強。當它被核吸收時，與質子或中子反應，可轉變為π介子、∑°和∑+等各種超子。
負質子是穩定的粒子。但是，它與質子相遇時發生湮沒，放出超子。
負質子的觀測
在宇宙空間中，被稱為“宇宙線”的粒子流在縱橫疾飛，也有宇宙線傾瀉在地球上。宇宙線中除了少量氦原子核、電子等幾乎全是氫原子核。地球所在銀河系內的大恆星演化到最終引發的超新星爆炸的殘骸使宇宙空間的粒子流加速。
宇宙線與地球大氣發生碰撞後，構成宇宙線的粒子會轉變成其他粒子。能量較低的宇宙線被地球磁場彎曲，不會到達地球赤道附近，而是傾注到地球高緯度地區。要研究初始的宇宙線，必須在地磁極所在的高緯度地區，幾乎不存在大氣的平流層之上進行觀測。
能量較高的宇宙線與星際氣體形式存在的氫原子核碰撞，會生成極少的質子和負質子對，這是宇宙中的基本粒子反應。在這種碰撞中產生的負質子的能量分布，理論上是能預測的，高能量具有特徵峰值。觀測數據顯示出與這種預測大致相似的能量分布。被觀測到的多數負質子都是質子彼此碰撞產生的。但是在能量的最低端，負質子數要比預測值多。因此，或者要對理論進行修正，或者預示了負質子還有別的來源。
科學家使用高性能的粒子檢測器，以尋找宇宙線中的負質子等反粒子。美國航空航天局在加拿大北部，將巨型氣球置於3，8萬米平流層之上，用氣球攜帶的粒子檢測器尋找反粒子。在1993年和1994年兩年間，科學家首次在數萬個粒子中發現了8個負質子。
宇宙中充滿了用光和電磁波無法觀測到的暗物質。“超對稱論”預言存在超對稱性粒子，如果超對稱粒子就是暗物質，它們在銀河系內以百分之一光速穿梭碰撞，就有可能在產生極微量的質子的同時，產生負質子。目前還不能根據負質子的數據，對如此產生的負質子的能量分布給出圓滿的解釋。
