我們周圍世界的物質(zhì)歸根結(jié)底是由質(zhì)子、中子和電子等基本成分構(gòu)成的，不同數(shù)目的質(zhì)子和中子結(jié)合在一起構(gòu)成了不同的原子核，并形成不同的化學元素，而不同的元素又進一步結(jié)合成自然界的各種物質(zhì)。而反物質(zhì)，簡單說，就是由反質(zhì)子、反中子和反電子等反粒子成分構(gòu)成的物質(zhì)。 

    簡單說就是反粒子成分構(gòu)成的物質(zhì)

    反物質(zhì)概念是英國物理學家保羅·狄拉克最早提出的。他在20世紀30年代預言，每一種粒子都應該有一個與之相對的反粒子，例如反電子，其質(zhì)量與電子完全相同，而攜帶的電荷正好相反。

最簡單的元素——氫元素的原子只包含一個質(zhì)量極輕的電子和一個體形巨大（就原子級別而言）的原子核，原子核的成分則是一個質(zhì)子。電子帶有負電荷，質(zhì)子則帶有同樣電量的正電荷。

與氫原子相比，“反氫原子”只有一個不同點：其內(nèi)部粒子的電荷是相反的。于是，我們看到有一個體形巨大、居于中心、帶負電荷的“反質(zhì)子”操控著一個飄忽不定、重量極輕、帶正電荷的“正電子”。

電荷吸引的原則并沒有改變：無論對物質(zhì)還是反物質(zhì)而言，正負電荷都在互相吸引。因此，構(gòu)成原子、組成分子、堆積成大塊物質(zhì)的那些電磁力應該同樣可以構(gòu)建出反原子、反分子和大塊反物質(zhì)。

   宇宙大爆炸時，巨大能量轉(zhuǎn)化為等量正反物質(zhì)

構(gòu)成我們周圍世界的物質(zhì)都是正物質(zhì)，我們很難找到反物質(zhì)的存在。那么又是什么造成了宇宙中正物質(zhì)和反物質(zhì)的不對稱呢？

一種容易讓人接受的一種解釋認為，150億年前宇宙起源的一次大爆炸，能量轉(zhuǎn)化為同樣多的正物質(zhì)與反物質(zhì)，這兩種物質(zhì)相遇會發(fā)生劇烈爆炸，轉(zhuǎn)化為能量，并歸于湮滅。可是目前宇宙中的天體均為正物質(zhì)，沒有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)天體，也沒有觀測到正反物質(zhì)相遇時發(fā)生的猛烈爆炸。那么，人們推測可能是由于正反物質(zhì)衰變率的微小差別，使正物質(zhì)多于反物質(zhì)，正反物質(zhì)湮滅之后，剩下來的正物質(zhì)構(gòu)成了現(xiàn)在的宇宙天體，而反物質(zhì)并不存在。

    探測到粒子CP破壞現(xiàn)象，有助于解釋反物質(zhì)消失之謎 

這種推測放到物理實驗當中，就是去探測粒子的CP破壞現(xiàn)象。構(gòu)成物質(zhì)的某種粒子（夸克或輕子或中微子）CP破壞程度越大，正物質(zhì)衰變率與反物質(zhì)衰變率相差越大，越可能解釋正物質(zhì)充斥宇宙的現(xiàn)象。在基本粒子的夸克部分首先觀察到了CP破壞現(xiàn)象，但上千名科學家經(jīng)過10年研究得出一致的結(jié)論：測量結(jié)果與宇宙中物質(zhì)的實際結(jié)果差了100億倍，破壞程度遠不足以解釋為什么現(xiàn)在還有這么多正物質(zhì)存在。

1998年，日本的超級神岡實驗以確鑿證據(jù)證明了中微子也存在CP破壞現(xiàn)象，并稱之為中微子振蕩現(xiàn)象。中微子振蕩現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為解開正反物質(zhì)之謎帶來了新的希望。由于中微子難以捕捉，目前還不清楚中微子部分的CP破壞大小。如果CP破壞較大，就可能解釋為什么我們的世界盡是物質(zhì)而不是反物質(zhì)。

但是還存在一個矛盾，就是宇宙大爆炸導致的物質(zhì)與反物質(zhì)應該相等，除非有某種機制使反物質(zhì)衰變得比正物質(zhì)快。如果找不到這種機制，宇宙大爆炸理論就不能自圓其說?；蛘咚清e的，反物質(zhì)藏在某個地方。

   如何制造和儲存反物質(zhì) 

倘若能夠在創(chuàng)造出反物質(zhì)的同時防止其瞬間湮滅，這還真算得上一個不平凡的成就。事實上，物質(zhì)與反物質(zhì)相接觸后導致的爆炸性后果是科幻小說最鐘愛的題材之一：比如《星際迷航》中使用的能源，以及丹·布朗的驚險之作《天使與魔鬼》里的致命炸彈。在現(xiàn)實世界中，這樣的應用成果即使能夠成真，也不可能在短時間內(nèi)成為現(xiàn)實。不過，原子級別的破壞確實給反物質(zhì)的存儲制造了麻煩：如果有東西會破壞掉與之接觸的任何物質(zhì)，你該如何保存它呢？

歐洲核子研究中心的科學家們已經(jīng)成功解決了這一難題。首先，你需要制造出非常良好的真空環(huán)境，這樣反物質(zhì)就不會意外撞上某個在空中游蕩的原子物質(zhì)。其次，你必須保證反物質(zhì)不會接觸到容器的器壁，因為容器的成分自然是物質(zhì)的。訣竅是要制造出一個“磁力瓶”，即不使用任何固體材料，而是利用一組電場和磁場。這些場能夠囚禁反物質(zhì)，防止其接觸到磁體本身。

通過這種方法，科學家曾經(jīng)借用磁力來控制大型正負電子對撞機等粒子加速器中的單個高能反粒子（包括反質(zhì)子和正電子）。磁體會引導正電子在一條很長的環(huán)形管道內(nèi)運動，管道內(nèi)部的真空水平比外太空還要高。帶電粒子流的運動速度則接近光速。

低能反物質(zhì)的情況則有所不同。儲存“低溫”正電子的工具叫做“彭寧陷阱”，是荷蘭物理學家弗蘭·米海爾·彭寧想出的一個用一系列電場和磁場來囚禁反物質(zhì)的方法。單個正電子每次能夠在彭寧陷阱中儲存幾個月，供科學家研究。迄今的研究表明，除電荷性質(zhì)相反外，正電子與電子完全一模一樣。

不過，科學家能夠一次性囚禁的正電子或反質(zhì)子的數(shù)量是有限的。囚禁的同種粒子數(shù)量越多，其總電荷量就會越大。最后，電荷量會因為變得太大而對構(gòu)成陷阱本身的各個電場和磁場造成破壞。

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