在丹·布朗的书《天使与魔鬼》(AngelandDemons)——《达·芬奇密码》之前的畅销书中,一小帮极端主义者“光明会”策划了一次阴谋,用一枚从日内瓦市外的核实验室偷来的反物质弹炸毁了梵蒂冈。阴谋家们知道,当物质和反物质相互碰撞会造成一场巨大的爆炸,比氢弹的威力大上许多倍。尽管反物质弹纯属虚构,但反物质却是真实的。
一枚原子弹全部的惊人威力只有约1%有效。只有很小一部分铀转变成了能量。但如果反物质弹能被制造出来,它将把自身100%的质量转变为能盘,这使它远比原子弹有效力(更精确一点说,一枚反物质弹中50%的材料能被转化为可使用的爆炸性能量。其余将以探测不到的粒子——称为中微子的形式被带走)。
长期以来,反物质一直是受到热烈思索的焦点。尽管反物质弹不存在,但物理学家已经使用强大的核粒子加速器制造出极小量的反物质用于研究。
在20世纪初,物理学家意识到原子由带电荷的亚原子粒子与绕一个微小原子核(带正电荷)转动的电子组成(带负电荷)。原子核反过来由质子(带正电荷)和中子(带电呈中性)组成。
因此,当20世纪30年代物理学家们意识到每一颗粒子都有一个孪生兄弟——一颗反粒子,但具有相反的电荷时,事情很让人震惊。第一个被发现的反粒子是反电子(称为正电子),具有正电荷。正电子与电子在所有方面都完全一样,除了它携带相反的电荷。它最初是在云雾室中拍摄的宇宙射线照片里被发现的(正电子轨迹在云雾室中能相当容易地看到。当被置于一个强大的磁场中时,它们转向与普通电子相反的方向。事实上,我在上高中时拍摄过这样的反物质轨迹)。
在1955年,加利福尼亚大学伯克利分校的粒子加速器贝韦特朗(Bevatron)制造出了第一颗反质子。正如预期的那样,它与质子完全相同——除了它具有负电荷。这意味着,我们可以制造出反原子(由正电子围着反质子转动)。其实,在理论上,反元素、反化学、反人类、反地球甚至反宇宙都是可能的。
目前,在和芝加哥市外的费米国家实验室(Fermilab)的巨大粒子加速器已经能够制造微量反氢(这是通过使用粒子加速器将一束高能量质子发射进入目标,由此制造大量亚原子残骸而成。强大的磁铁分离出反质子,它们被减慢到非常低的速度,并且随后暴露在由钠-22自然放射出的反电子之下。当反电子环绕反质子转动时,它们制造出了反氢,因为氢原子是由一个质子和一个电子组成的)。在纯净的真空中,这些反原子能够永远存在,但由于杂质和与墙壁的相撞,这些反原子最终会撞击普通的原子,被对消,释放出能量。
1995年,创造了历史,它宣布已经制造出9个反氢原子。费米国家实验室很快依样画葫芦地制造出了100个反氢原子?原则上,除了惊人的花费以外,没有什么能够阻止我们同样制造出更高级的反元素。哪怕是制造几盎司的反原子,都会让任何一个国家破产。目前反物质的产量在每年1/100亿克到1/10亿克之间。这一产量到2020年可能提高3倍。反物质的经济效益非常差。在2004年,花费2000万美元制造出了一万亿分之几克的反物质。按照这一比率,生产1克反物质要花费100美元的1000万亿倍,并且反物质工厂还得不间断地运转上1000亿年!这使得反物质成为世界上最贵重的物质。
“如果我们能够将我们已经在中制造出的所有反物质收起来,并且让它们与物质对消,”一篇出自的报告如此说道,“我们将拥有足够的能量将一个电灯泡点亮几分钟。”
处理反物质则提出了不寻常的问题,因为任何物质与反物质之间的接触都会引起爆炸