[科普中國(guó)]-反τ子

反τ子（反陶子，Antitauon）是τ子的反粒子。反粒子是相對(duì)于正常粒子而言的，它們的質(zhì)量、壽命、自旋都與正常粒子相同，但是所有的內(nèi)部相加性量子數(shù)（比如電荷、重子數(shù)、奇異數(shù)等）都與正常粒子大小相同、符號(hào)相反。

簡(jiǎn)介反τ子（反陶子，Antitauon）是τ子的反粒子。反粒子是相對(duì)于正常粒子而言的，它們的質(zhì)量、壽命、自旋都與正常粒子相同，但是所有的內(nèi)部相加性量子數(shù)（比如電荷、重子數(shù)、奇異數(shù)等）都與正常粒子大小相同、符號(hào)相反。1

τ子τ子（tauon），又稱(chēng)陶子、濤子，是帶負(fù)電荷、自旋?2的基本粒子，標(biāo)記為τ?，由馬丁·佩爾實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)于1975年發(fā)現(xiàn)。τ子、電子、μ子與對(duì)應(yīng)的三種中微子，都?xì)w屬于輕子；τ子是第三代輕子，電子是第一代，μ子是第二代。對(duì)應(yīng)于τ子的中微子稱(chēng)為τ中微子。τ子的反粒子稱(chēng)為反τ子，帶正電荷，其壽命、質(zhì)量、自旋都和τ子相同，標(biāo)記為τ+。1

反粒子反粒子是相對(duì)于正常粒子而言的，它們的質(zhì)量、壽命、自旋都與正常粒子相同，但是所有的內(nèi)部相加性量子數(shù)（比如電荷、重子數(shù)、奇異數(shù)等）都與正常粒子大小相同、符號(hào)相反。有一些粒子的所有內(nèi)部相加性量子數(shù)都為0，這樣的粒子叫做純中性粒子，反粒子就是它本身，比如光子、π介子等。并不是粒子物理學(xué)中的每種粒子都有這種意義上的反粒子，中微子就沒(méi)有反粒子，反中微子的定義與此不同。

反粒子的概念首先是1928年由英國(guó)物理學(xué)家狄拉克在他的空穴理論中提出的。1932年在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子，證實(shí)了狄拉克的預(yù)言。1956年美國(guó)物理學(xué)家歐文·張伯倫（Owen Chamberlain）在勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，狄拉克的空穴理論對(duì)玻色子不適用，因而不能解釋所有的粒子和反粒子。根據(jù)量子場(chǎng)論，粒子被看作是場(chǎng)的激發(fā)態(tài)，而反粒子就是這種激發(fā)態(tài)對(duì)應(yīng)的復(fù)共軛激發(fā)態(tài)。如果反粒子按照通常粒子那樣結(jié)合起來(lái)就形成了反原子。由反原子構(gòu)成的物質(zhì)就是反物質(zhì)。1

反物質(zhì)在粒子物理學(xué)里，反物質(zhì)（英語(yǔ)：antimatter）是反粒子概念的延伸，反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的，如同普通物質(zhì)是由普通粒子所構(gòu)成的。例如一顆反質(zhì)子和一顆反電子〈正電子〉能形成一個(gè)反氫原子，如同電子和質(zhì)子形成一般物質(zhì)的氫原子。此外，物質(zhì)與反物質(zhì)的結(jié)合，會(huì)如同粒子與反粒子結(jié)合一般，導(dǎo)致兩者湮滅，且因而釋放出高能光子（伽馬射線）或是其他能量較低的正反粒子對(duì)。正反物質(zhì)湮滅所造成的粒子，賦予的動(dòng)能等同于原始正反物質(zhì)對(duì)的動(dòng)能，加上原物質(zhì)靜止質(zhì)量與生成粒子靜質(zhì)量的差，后者通常占大部分。（愛(ài)因斯坦相對(duì)論指出，質(zhì)量與能量是等價(jià)的。）

反物質(zhì)無(wú)法在自然界找到，除非是在稍縱即逝的少量存在（例如因放射衰變或宇宙射線等現(xiàn)象）。這是由于反物質(zhì)若非存在于像物理實(shí)驗(yàn)室的人工環(huán)境下，則無(wú)可避免地隨即與自然界的物質(zhì)發(fā)生碰觸并湮滅。反粒子和一些穩(wěn)定的反物質(zhì)（例如反氫）可以人工制造出極少量，但卻不足以達(dá)到可對(duì)這些物質(zhì)驗(yàn)證其理論性的程度。

在科學(xué)與科幻領(lǐng)域，都有很大的疑問(wèn)關(guān)于為何所見(jiàn)的宇宙很明顯地幾乎充滿(mǎn)了物質(zhì)、是否有其他地方幾乎充滿(mǎn)了反物質(zhì)，以及是否能夠駕馭反物質(zhì)，但在現(xiàn)今可見(jiàn)的宇宙范圍中，明顯的正反物質(zhì)不對(duì)稱(chēng)性成了物理的最大難題之一。許多可能的物理過(guò)程都是在探究重子時(shí)所發(fā)現(xiàn)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學(xué)