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中国科学家成功获得“反物质”

新华社上海3月10日电 (记者王琳琳)记者从中国科学院上海光机所获悉,该所强场激光物理国家重点实验室近日利用超强超短激光,成功产生反物质——超快正电子源,这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用。相关研究成果已于近日发表在《等离子体物理》杂志上。

每一种粒子都有一个与之相对的“反粒子”。1932年,由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了电子的反粒子,即正电子的存在。1936年,安德森因发现正电子而获得该年度的诺贝尔物理奖。反物质研究在高能物理、宇宙演化等方面具有重要意义,同时也具有重要应用,比如,正电子断层扫描成像在癌症诊断等方面已广泛应用。

长期以来,科学家们一直在探索“利用激光产生反物质”的有效方法,为了获得反物质——超快正电子源,上海光机所经历了长达15年的持续研究。

强场激光物理国家重点实验室研究员沈百飞介绍,此次反物质的获得经历了一个相对复杂的过程和优化:首先将飞秒拍瓦激光装置与高压气体靶进行相互作用,产生大量高能电子;高能电子再和高原子序数材料靶(如铜、金)相互作用,产生高强度伽马射线;伽马射线再和高原子序数原子核作用产生正负电子对。

“正电子谱仪”是获得反物质的“功臣”。沈百飞表示,经过特殊设计的正电子谱仪,成功解决了伽马射线带来的噪声问题,利用正负电子在磁场中的不同偏转特性,最终成功观测到了正电子。

据了解,获得反物质超快正电子源将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来,在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域有应用前景,由于其脉宽只有飞秒量级,可使探测的时间分辨大大提高,进而研究物质性质的超快演化。


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