11.3.4猜测：世上本无电


11.3.4.1猜测：一张图看懂导体移动、磁场、电流的位置关系
我们在前文分析了漩涡具有换向性。当流体流向漩涡时，流体的流向、漩涡的指向、以及飞溅出去流体的流向分别位于x、y、z轴。这与磁场中通电导体能够移动或者移动导体能够产生电流非常相似。难道他们存在相同之处？

11.3.4.2探讨：漩涡中心与导体移动、磁场、电流的位置关系
以上图示，完全可以替代左手或者右手定则。
但是，其中，存在一个问题。
拿导体在磁场中移动能够产生电流来看，从图示来看，我们是先确定了磁场的中心，然后在确定漩涡各具体位置的拍打方向。图示是导体移向漩涡中心，这个结果很符合实际情况。但是，如果导体远离漩涡中心，其产生的中微子流的方向是相反的，将不符合实际情况。实际情况上，导体在磁场中的任何位置开始定向平移，都能产生相同方向的电流。这又该如何解释呢？
同理，通电导体的电流流向漩涡中心与从漩涡中心位置流出，被拍打的中微子的方向是不同的，其撞击力的方向也是不同的。为何我们只看到导体沿着中微子流入端的被撞击的方向移动呢？
可见，我们应该能够判断出漩涡的中心位置。那么，我们将如何判定漩涡的中心位置呢？
如果我们不能确定一个磁场的中心位置，那么，我们将无法判断导体移动方向或者导体产生电流的方向。
如果磁场只是一个大漩涡，那么，无论漩涡的中心位置在哪，都有可能产生与实际试验相反的结果。那么，磁场真只是一个大漩涡，只有一个中心吗？我们认为，或许，磁场是由多股中微子定向流动组成，每一股中微子形成一个漩涡中心。由于中微子很小，所以，这些漩涡也都很小很小。如下图。


当我们把磁场看成多漩涡时，能够产生中微子换向作用的漩涡就只是导体外侧最靠近的漩涡。因为导体占据的漩涡，漩涡中心两侧对导体内中微子的撞击作用方向相反，在漩涡足够小的情况下，这两个作用方向相反的撞击，由于相距很近，因此，可以认为它们能够相互抵消。在这种情况下，导体不管是否移动，都不能产生中微子的定向流动。因此，只有导体从外侧刚刚入侵到漩涡时，导体内的中微子只受到一个方向的撞击力，能够产生定向流动。
导体四周上下左右存在大量的细微的漩涡，不管朝那个方向移动，前方都有无数的漩涡在等待导体的到来，因此，导体的位置不管在哪，只要在磁场中移动，都是在靠近前方的漩涡中心，都能产生中微子的定向流动。我们看不到中微子的定向流动，但是能够看到所谓“正电荷”（空穴）在反向定向流动，即电流。整个过程就像河水中的大石块，能够逆流而上一样。不同的是，对于河水和大石块，我们既能看到河水顺流而下，也能够看到大石块逆流而上；但是，对于导体在磁场中的移动，我们只能看到“大石块”向上在流动。
对于通电导体在磁场中的移动，我们只判断中微子进入漩涡（即电流流出的一侧）的一侧的被撞击的方向。因为在流经漩涡的过程中，部分中微子会被拍打到侧面，形成推力，因而中微子流经每个漩涡时，其数量有逐步减少的趋势。所以，中微子刚进入漩涡时的数量最多，产生的推力最大。中微子流出漩涡时的数量稍小，形成的反方向的推力也小，因此，导体受到的每个漩涡中微子撞击力的合力方向就一定是中微子流入漩涡时被撞击的方向。无数个漩涡对导体产生的撞击力，最终导致通电导体在磁场中能够移动。从分析中可见，导体越长，占据的漩涡数量越多，产生的撞击力越大，导体受力就越大。

11.3.4.3猜测：世上本无电
通过分析，可以看出，导体在磁场中移动能够产生电流，以及通电导体能够在磁场中移动，其本质上都是中微子的流动。但是，中微子的这个流动，我们无从察觉。我们能够察觉的仅仅是导体发生移动，或者中微子定向流动留下来的“空穴”位置发生了变动。于是，我们就把可见的空穴看成了事件的主角，殊不知这个“空穴”仅仅是中微子定向流动的一个产物而已。
那么，所谓的” 带电”粒子在磁场中的偏转又是怎么一回事呢？

11.3.4.3.1探讨：电子在磁场中发生偏转的动力来自中微子的动能

与通电导体在磁场中移动的动力来自漩涡外侧中微子的动能一样，电子（中微子团）在磁场中能够偏转的动力也是来自于中微子动能所代表的旋转惯性力。

11.3.4.3.2探讨：洛伦兹力、安培力、电子在磁场中的偏转的本质上是相同的
百度：洛伦兹力
运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力，即磁场对运动电荷的作用力。荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点。可用左手定则来判断电荷的运动方向，即正电荷会朝着垂直于速度和磁场的方向弯曲。当四指指向电流方向，磁感线穿过手心时，大拇指方向就是洛伦兹力的方向。
我们假设世上本无磁与电，那么，怎样解释洛伦兹力的产生呢？



如上图，可以看出，所谓的洛伦兹力，其本质还是中微子漩涡的外侧中微子动能所具备的旋转惯性力，在接近弹性碰撞的情况下，中微子团（电子）与漩涡外侧中微子彼此互换作用力，这使得具有振动频率的发光电子得到了围绕漩涡中心旋转的机会，我们就看到了直线运行的电子变成了圆周运动。
早期国外的科学家在当时的条件下看不到中微子的旋转惯性力，就把能够改变中微子团运动的力称为洛伦兹力。但是，至今他们也没解释清楚洛仑兹力到底是如何产生的。他们只知道“电子”这些所谓的带电粒子进入磁场中就有一种作用力使其偏转，于是，就采用了他们一贯的解释方法：用现象来解释现象。
从我们现在的观点来看，世上没有磁，也没有电，也没有磁力、安培力、洛伦兹力，有的只是中微子、中微子团动能所代表的惯性力。这种惯性力造成了磁铁吸引与排斥，通电导体在磁场的运动，以及中微子团在磁场中做圆周运动等等这些现象。
这些现象同属一个道理，在人类进行科学研究早期的盲人摸象阶段，人们把其细分为磁、电以及各种作用力。这种做法严重误导了后续的探索，同时也割裂了这些现象之间彼此的内在联系，让我们越发不能认识这种现象的本质。

11.3.4.4猜测：关于中子在磁场不同表现的原因
中子在磁场中不产生偏转。其中的原因是什么呢？
11.3.4.4.1百度：中子
百度资料：……中子是组成原子核的核子之一。中子是组成原子核构成化学元素不可缺少的成分(注意:氢元素H不含中子)，虽然原子的化学性质是由核内的质子数目确定的，但是如果没有中子，由于带正电荷质子间的排斥力(质子带正电，中子不带电)，就不可能构成除氢之外的其他元素。
中子的概念是由卢瑟福提出的，中子的存在是1932年B.查德威克用a粒子轰击的实验中证实的。
其质量为 1.6749286 ×10（-27）千克(939.56563兆电子伏特)，比质子的质量稍大(质子的质量为1.672621637×10（-27）千克)，自旋为1/2。自由中子是不稳定的粒子，可通过弱作用衰变为质子，放出一个电子和一个反中微子，平均寿命为896秒。中子遵从费米-狄拉克分布和泡利不相容原理。以往曾经将中子列为基本粒子的一员，但现今在标准模型理论下，由两个下夸克和一个上夸克构成，所以它是个复合粒子。
虽然中子是电中性粒子，但是中子具有微小但非零的磁矩。
中子以聚集态存在于中子星(中子星是恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。)中。太阳系里的中子主要存在于各种原子核中，元素的β衰变就是该元素中的中子释放一个电子变成下一个元素序列元素的一种变化。
中子可根据其速度而被分类。高能(高速)中子具电离能力，能深入穿透物质。中子是唯一一种能使其他物质具有放射性之电离辐射的物质。此过程被称为"中子激发"。"中子激发"被医疗界，学术界及工业广泛应用于生产放射性物质。
高能中子可以在空气中行进极长距离。中子辐射需要以富有氢核之物质掩蔽，例如混凝土和水。核反应堆是常见之中子放射源，以水作为有效之中子掩蔽物。
中子和其它常见的次原子粒子最大的分别在于中子因其下夸克和上夸克之电荷互相抵消，本身不带电荷。令它穿透性强，无法直接进行观察，也令它在核转变中成为非常重要的媒介物。这两项因素使得它在次原子粒子发现历史的较后期才被发现。
虽然组成物质的原子在正常情况下不带电荷，但原子比中子大一万倍，是由带负电的电子围绕带正电的原子核运行而形成的复杂系统。带电粒子(如质子，电子，或离子)和电磁波(如伽马射线)都会在穿透物质时消耗能量，形式是将所穿透物质离子化。带电粒子会因此而慢下来，电磁波则会被所穿透物质吸收。中子的情况截然不同，它只会在与原子核近距离接触时受强相互作用或弱相互作用影响:结果一个自由中子在与原子核直接碰撞前不受任何外力影响。因为原子核太小，碰撞机会极少，因此自由中子会在一段极长的距离保持不变。
自由中子和原子核的碰撞是弹性碰撞，其遵循宏观下两小球弹性碰撞时的动量法则。当被碰撞的原子核很重时，原子核只会有很小的速度;但是，若是碰撞的对象是和中子质量差不多质子，则质子和中子会以几乎相同的速度飞出。这类的碰撞将会因为制造出的离子而被侦测到。
中子的电中性让它不仅很难侦测，也很难被控制。电中性使得我们无法以电磁场来加速、减速或是束缚中子。自由中子仅对磁场有很微弱的作用(因为中子存在磁矩)。真正能有效控制中子的只有核作用力。我们唯一能控制自由中子运动的方式只是放置原子核堆在它们的运动路径上，让中子和原子核碰撞藉以吸收之。这种以中子撞击原子核的反应在核反应中扮演重要角色，也是核子武器运作的原理。自由中子则可由核衰变、核反应或高能反应等中子源产生。
在原子核外，自由中子性质不稳定，寿命约为15分钟。中子衰变时释放一个电子和一个反中微子而成为质子(β衰变)。同样的衰变过程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和质子可以通过吸收和释放π介子互相转换。
为什么稳定的原子核里面的中子不衰变?
答:1.其实这个问题是不成立的。因为，从量子力学的角度来讲，原子核里面的中子也是会衰变的，只不过几率可能是极小的;
2.与自由中子不同，原子核里面的中子"质量"不一定大于质子"质量";原子核里面中子的"质量"可能会比质子的小，从而会发生质子衰变为中子的事情;
3、原子核内部构成了中子稳定存在的环境。
……

11.3.4.4.2猜测：中子在磁场中不产生偏转的原因
根据百度的资料：……中子可根据其速度而被分类。高能(高速)中子具电离能力，能深入穿透物质。中子是唯一一种能使其他物质具有放射性之电离辐射的物质。此过程被称为"中子激发"。"中子激发"被医疗界，学术界及工业广泛应用于生产放射性物质。
高能中子可以在空气中行进极长距离。
带电粒子(如质子，电子，或离子)和电磁波(如伽马射线)都会在穿透物质时消耗能量，形式是将所穿透物质离子化。带电粒子会因此而慢下来，电磁波则会被所穿透物质吸收。中子的情况截然不同，它只会在与原子核近距离接触时受强相互作用或弱相互作用影响:结果一个自由中子在与原子核直接碰撞前不受任何外力影响……
可以看出，高能中子可以在空气中行进极长距离。在原子核内，一个自由中子在与原子核直接碰撞前不受任何外力影响。
我们知道，原子核内也充满了中微子，中子在原子核内畅通无阻，不受丝毫影响。这个现象或许说明，要么原子核内对中子的作用力太小，要么说明，相当于中微子来讲，中子实在是太大了，些许中微子的作用力对中子来讲是蜻蜓撼大树，根本不起作用。
我们认为，或许中子实在是太“大”了，其具有的惯性力与中微子的惯性力之比也十分巨大，原子核内中微子的花拳绣脚般微弱之撞击力根本不影响中子的移动。中子就像一个无人搭理、无人撼动的巨轮，在中微子的滔天巨浪中能够默默地保持自己的前进方向，一直前进到底。
或许这也是中子在穿越磁场不发生偏转的原因。

11.3.4.5猜测：关于质子在磁场不同表现的原因
上文我们分析了中子在穿越磁场不发生偏转的原因是因为中子太大，而中微子产生的力太小。也许马上就有人会问，为什么与中子质量差不多的质子，在穿越磁场时，却能够发生偏转，而且偏转方向与电子即中微子团的偏转方向相反？难道真的是它们具有不同的电性？
我们认为世上本无电。那么，我们试着从无电的角度来分析一下这个问题。
在磁场中，除了中微子，别无他无。因此，使质子偏转的作用力一定来自中微子。那么，中微子如何作用才能使得“巨大”的质子发生反向偏转呢？
质子相对于中微子很大。我们假设质子就是一个小型地球，地球在充满中微子的宇宙空间内跟随太阳移动，结果产生了地球磁场。（我们前文已分析）那么，质子这个小型地球在中微子的海洋中高速移动，一定也会产生磁场。
与此相同的是，中子在中微子的海洋中前进，也能够产生磁场。既然中子能够克服这个磁场的作用，保持固定方向，那么，可以判定这个磁场的作用效果微乎其微。如此来看，这个磁场也不能改变同质量的质子的运动方向，它不是质子产生偏转的动力来源。
质子与中子大小基本相同。它们的区别在于，质子是中子失去部分外侧的中微子形成的残余体。
一个物体由于内部结构的完整性不同，会表现出对中微子具有不同大小的“吸力”（后面再讲这个所谓的“吸力”）。中子一开始能够把许多的中微子吸到自身周边，形成一个比较“饱和”的稳定状态，即能够最大限度地守住这些中微子，但是，对外吸力也接近为零。当外界的撞击力较大时，中子也会失去部分外侧的中微子。失去中微子的中子即质子，会马上恢复对外界中微子的吸力，从而能够吸引外界的中微子。
这就是中子与质子的最大区别。或许，正是这个区别，造成了中子和质子穿越磁场时产生不同的结果。
质子在中微子的海洋中移动，能够吸引周边中微子前来汇聚。特别是对于运行前方的中微子，能够持续吸引，形成中微子的定向流动，产生围绕质子前进方向较大的漩涡，其漩涡转动方向可用左手定则来判定。这时，磁场中微子与运动的质子之间的关系，就相当于磁场中的中微子在穿越质子形成较大的漩涡。那么，磁场中微子必定会被质子的漩涡外侧拍打换向。我们认为，正是质子漩涡的这种拍打作用，造成了质子上下（或者左右）存在中微子数量上的不同，即质子上下两个方向上，中微子形成的压强不同。在中微子的这个压差的作用下，质子产生了向下移动、偏转。如下图。



与质子质量接近的中子，在磁场中穿越，只有运行前方的中微子被动撞击到中子身上，或许在中子体内会产生较弱的中微子定向流动，同时产生一个较弱的漩涡，而不能像质子那样形成较强较大的漩涡，具有很强的拍打作用。因此，中子的上方与下方的中微子数量基本相同，不产生压差，因此，中子的运行方向不会发生变化。

11.3.4.6思考：粒子在磁场运动产生不同方向的偏转到底意味着什么？
各种粒子在磁场的偏转，一共有三种：向上、向下、不偏转。其代表性的粒子中子、质子、电子在磁场中运动的不同表现，让我们看到了看到了不同粒子之间的差异。
我们抛开电、磁的概念，从最根本的中微子动能的角度来分析、理顺一下。
我们认为，粒子在磁场中偏转的动力来自于中微子的压差。
形成原理：相对于中微子来说，不论粒子的质量大小，也不论粒子的状态（粒子的状态包括吸收外界的中微子、向四周释放中微子以及既不吸收也不释放中微子），这些快速移动的粒子都能够形成一个新的大漩涡，漩涡周边的中微子就会受到粒子形成漩涡的影响而流向漩涡。原来中微子定向流动形成磁场的状态，会因为漩涡的吸引而发生改变，靠近漩涡的一部分中微子会呈螺旋状流向漩涡，并被粒子漩涡的外侧旋转惯性力拍打，源源不断地运行到粒子运行方向垂直的某一侧。这会导致粒子子周边的中微子密度发生变化，形成压差，而能够改变粒子的运动轨迹。
如果粒子的状态，既不从四周吸收中微子，也不向四周释放中微子，那么，快速移动的粒子形成的漩涡将呈断断续续状态。此时，漩涡对四周的中微子的拍打作用将显著下降，就不会有中微子集中跑到粒子的一侧，形成中微子的高压区。没有压差，粒子也就不会产生偏转。
具体分析如下：
1)粒子比如质子在磁场发生向上（假设）偏转。我们认为，这主要因为质子对失去中微子后，变成不饱和状态，对外界中微子具有一定的吸力。在这个吸力的作用下，质子前方的中微子会源源不断的逆方向流向质子，运动的质子周边产生顺时针漩涡。磁场中的中微子与漩涡碰撞后，被拍打到质子的下方，造成质子下方中微子数量增加，压强提高。在这个压差的作用下，质子向上偏转。
推论：所有对中微子具有吸力的粒子，不论质量大小，穿越磁场时都会向上偏转。
2）粒子比如电子在磁场发生向下（与质子反向）偏转。
原因之一：当粒子与中微子比较，基本处于接近的数量级时，就像空气分子与羽毛比较。虽然空气分子比羽毛要小得多，但是，大风依然能够卷起羽毛，把羽毛席卷而去。羽毛虽然比空气分子大很多，但是在众多空气分子的动能面前，其本身具备的惯性力还是低于众多空气分子的惯性力。因此，羽毛只能跟随大风而去。电子与中微子的大小关系就是这种关系。因此，电子即中微子团在磁场中，只能跟随中微子漩涡外层的旋转惯性力的方向而去。
原因之二：电子，特别是从阴极射线射出的电子，处于激发态，会源源不断的向外发射中微子。中微子沿着电子的前进方向，产生定向流动。因此，电子周边也会产生漩涡，但是这个漩涡的方向与质子形成的漩涡的转动方向相反。因此，漩涡外侧会把磁场中的中微子拍打到电子的上方，电子上方形成高压区，在中微子压差的作用下，电子会向下偏转。（与侄子偏转方向相反）
比较这两种原因，我们认为，第二个原因是共性的原因。
推论：所有能够源源不断向外发射中微子的粒子（大部分为粒子的激发态吧），不论质量大小，穿越磁场时都会向下偏转，与能够吸收中微子的粒子的运行轨迹相反。
3）粒子比如中子在磁场不发生偏转。我们认为这主要因为中子结构处于“饱和”状态，对外界中微子的吸力很小造成的。即中子对外界中微子没有干扰动作。并且粒子与中微子比较，相差巨大时，就像石头与空气分子比较。再大的风也卷不动石头。石头迎面扔向大风，其运动速度包括大小和方向改变很小。中子与中微子的大小关系就是这种关系。所以，中子穿越磁场不发生偏转。
从分析过程来看，如果要用一个理论来解释各种粒子在磁场中表现的原因，那就是，粒子的状态（包括吸收、释放中微子的状态）决定了其在磁场的表现。
如果粒子处于激发态，不断向外释放中微子，其表现结果就像电子那样，如图向下偏转；如果粒子激发态结束后进入常态，处于不饱和状态，不断从四周吸取中微子，其表现结果就像质子那样，如图向上偏转；如果粒子处于饱和态，既不释放中微子，也不吸取中微子，其表现结果就像中子那样，不发生偏转。
如此分析，我们可以看出，粒子在磁场中偏转，这与粒子是否带电，带何种电荷无关。也就是说，利用粒子在磁场中的偏转方向来确定粒子是正离子或者负离子的方法，从原理上来说，是错误的。进一步推断，根据粒子在磁场中的偏转来认定的各种反物质，也都是错误的。

11.3.4.7思考：电的起源-摩擦起电证明了世上本无电
我们在上文分析了世上本无电。那么，我们现在口中说的“电”又是如何来的呢？
百度：摩擦起电
……用摩擦的方法使两个不同的物体带电的现象，叫摩擦起电（或两种不同的物体相互摩擦后，一种物体带正电，另一种物体带负电的现象）。
摩擦过的物体具有吸引轻小物体的性质，这就是摩擦起电的现象。其实质是电荷的转移。
两种电荷：自然界中只存在两种电荷。规定丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负极电荷。
电荷间的相互作用：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
任何两个物体摩擦，都可以起电。18世纪中期，美国科学家本杰明•富兰克林经过分析和研究，认为有两种性质不同的电，叫做正电和负电。物体因摩擦而带的电，不是正极电就是负极电。
实质：摩擦起电的实质是电荷的转移。……
从资料中“电”的起源来看，所谓的电，其实是人们能够对吸引轻小物体这种现象的一种定义。能够彼此吸引，我们以现在的观点来看，或许仅仅是一种力的表现形式，比如“万有引力”。当初把这种现象叫做“电”而不叫做“力”，这种定义叫法本来无可厚非，就像人们可以随意把一种东西叫各种名称。但是，这种叫法造成后来的人们把电与吸力完全分开，使得人们完全忘记了当初的定义的电，实际上也可能是吸力与斥力产生的现象。
我们在前文分析了，两块磁铁间存在着明显的吸力或者斥力。相互靠近的非磁铁的两个物体，存在“万有引力”。按照电的定义，那我们完全可以说“所有的物体都可以分为带正电、负电的物体了。只不过它们的电荷相对太小，所以吸力不足，我们能轻松把它们分开。磁铁是带电荷较多的物体，所以吸力较大”等等之类的话。
科学发展到今天，我们认为所谓的万有引力，有可能就是中微子压差的一种表现（见前文分析）。所谓的磁力，也是中微子压差形成的。那么，所谓“能够吸引轻小物体”的电，本质上也是一种磁力作用。
经过摩擦的物体分子，或者由于失去中微子而具有吸引外部中微子的能力，或者变成激发态而向外释放中微子。不管经过摩擦的物质分子处于激发态还是吸引态，都能够像电子或者质子一样，形成局部的漩涡磁场，造成周边的中微子流向漩涡中心，从而推动物体、轻微物体相互靠近。
如此分析，我们认为：或许，世上本无电。电，只是人们早期研究时，对力的作用结果的一种定义。

11.3.4.8探讨：霍尔效应证明了中微子定向流动就能够形成电流
11.3.4.8.1百度：霍尔效应
霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（E.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。
当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。
中文名 霍尔效应
外文名 Hall effect
表达式 Vh=BI/(nqd)
提出者 霍尔
提出时间 1879
应用学科 电磁学
适用领域范围 电磁学
适用领域范围 物理领域
衍生效应 量子霍尔效应，量子反常霍尔效应
11.3.4.8.1.1发现
在1879年被物理学家霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的电磁感应完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。
虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器，广泛应用于电力系统中。
11.3.4.8.1.2解释
在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场力与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，这个现象称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。

11.3.4.8.1.3本质
固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。
11.3.4.8.1.4应用
霍尔效应在应用技术中特别重要。霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电流(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。好比一条路， 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动。当有磁场时，大家可能会被推到靠路的右边行走。故路 (导体) 的两侧，就会产生电压差。这个就叫“霍尔效应”。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。
迄今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关，等等。
例如汽车点火系统，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元（ECU）的初级电流。相对于机械断电器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损免维护，能够适应恶劣的工作环境，还能精确地控制点火正时，能够较大幅度提高发动机的性能，具有明显的优势。
用作汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有抑制电磁干扰的作用。许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。
霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换；可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。如今的霍尔器件都可承受一定的振动，可在零下40摄氏度到零上150摄氏度范围内工作，全部密封不受水油污染，完全能够适应汽车的恶劣工作环境。
11.3.4.8.1.15发展
在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青等在研究极低温度和强磁场中的半导体时发现了量子霍尔效应，这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展之一，克利青为此获得了1985年的诺贝尔物理学奖。 之后，美籍华裔物理学家崔琦和美国物理学家劳克林、施特默在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的认识更进一步，他们为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。
如今，复旦校友、斯坦福教授张首晟与母校合作开展了“量子自旋霍尔效应”的研究。“量子自旋霍尔效应”最先由张首晟教授预言，之后被实验证实。这一成果是美国《科学》杂志评出的2007年十大科学进展之一。如果这一效应在室温下工作，它可能导致新的低功率的“自旋电子学”计算设备的产生。 工业上应用的高精度的电压和电流型传感器有很多就是根据霍尔效应制成的，误差精度能达到0.1%以下
由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。
11.3.4.8.1.6相关效应
量子霍尔效应：
1.1整数量子霍尔效应：量子化电导e2/h被观测到，为弹道输运这一重要概念提供了实验支持。
1.2分数量子霍尔效应：劳赫林与J•K•珍解释了它的起源。两人的工作揭示了涡旋和准粒子在凝聚态物理学中的重要性。
热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差。
Corbino效应：垂直磁场的薄圆碟会产生一个圆周方向的电流。

11.3.4.8.1.7研究前景
整数量子霍尔效应的机制已经基本清楚，而仍有一些科学家，如冯•克利青和纽约州立大学石溪分校的V•J•Goldman，还在做一些分数量子效应的研究。一些理论学家指出分数量子霍尔效应中的某些平台可以构成非阿贝尔态，这可以成为搭建拓扑量子计算机的基础。
石墨烯中的量子霍尔效应与一般的量子霍尔行为大不相同，称为异常量子霍尔效应。
此外，Hirsh、张守晟等提出自旋量子霍尔效应的概念,与之相关的实验正在吸引越来越多的关注。
中国科学家发现量子反常霍尔效应
《科学》杂志在线发文，宣布中国科学家领衔的团队首次在实验上发现量子反常霍尔效应。这一发现或将对信息技术进步产生重大影响。
这一发现由清华大学教授、中国科学院院士薛其坤(原曲阜师范大学物理工程学院教师）领衔，清华大学、中国科学院物理所和斯坦福大学的研究人员联合组成的团队历时4年完成。在美国物理学家霍尔1880年发现反常霍尔效应133年后，终于实现了反常霍尔效应的量子化，这一发现是相关领域的重大突破，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。
美国科学家霍尔分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。1980年，德国科学家冯•克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。
由中国科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关，成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物理效应从理论研究到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成。
量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。它是一种典型的宏观量子效应，是微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的一个完美体现。1980年，德国科学家冯•克利青发现了“整数量子霍尔效应”，于1985年获得诺贝尔物理学奖。1982年，美籍华裔物理学家崔琦、美国物理学家施特默等发现“分数量子霍尔效应”，不久由美国物理学家劳弗林给出理论解释，三人共同获得1998年诺贝尔物理学奖。在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效应”——不需要外加磁场的量子霍尔效应。
“量子反常霍尔效应”是多年来该领域的一个非常困难的重大挑战，它与已知的量子霍尔效应具有完全不同的物理本质，是一种全新的量子效应;同时它的实现也更加困难，需要精准的材料设计、制备与调控。1988年，美国物理学家霍尔丹提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，但是多年来一直未能找到能实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径。
2010年，中科院物理所方忠、戴希带领的团队与张首晟教授等合作，从理论与材料设计上取得了突破，他们提出Cr或Fe磁性离子掺杂的Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3族拓扑绝缘体中存在着特殊的V.Vleck铁磁交换机制，能形成稳定的铁磁绝缘体，是实现量子反常霍尔效应的最佳体系。他们的计算表明，这种磁性拓扑绝缘体多层膜在一定的厚度和磁交换强度下，即处在“量子反常霍尔效应”态。该理论与材料设计的突破引起了国际上的广泛兴趣，许多世界顶级实验室都争相投入到这场竞争中来，沿着这个思路寻找量子反常霍尔效应。
在磁性掺杂的拓扑绝缘体材料中实现“量子反常霍尔效应”，对材料生长和输运测量都提出了极高的要求：材料必须具有铁磁长程有序;铁磁交换作用必须足够强以引起能带反转，从而导致拓扑非平庸的带结构;同时体内的载流子浓度必须尽可能地低。中科院物理所何珂、吕力、马旭村、王立莉、方忠、戴希等组成的团队和清华大学物理系薛其坤、张首晟、王亚愚、陈曦、贾金锋等组成的团队合作攻关，在这场国际竞争中显示了雄厚的实力。他们克服了薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关，一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控，利用分子束外延方法生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功地观测到了“量子反常霍尔效应”。该结果于2013年3月14日在Science上在线发表，清华大学和中科院物理所为共同第一作者单位。
该成果的获得是我国科学家长期积累、协同创新、集体攻关的一个成功典范。前期，团队成员已在拓扑绝缘体研究中取得过一系列的进展，研究成果曾入选2010年中国科学十大进展和中国高校十大科技进展，团队成员还获得了2011年“求是杰出科学家奖”、“求是杰出科技成就集体奖”和“中国科学院杰出科技成就奖”，以及2012年“全球华人物理学会亚洲成就奖”、“陈嘉庚科学奖”等荣誉。该工作得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会和教育部等部门的资助。
量子反常霍尔效应　将为我们带来什么
与量子霍尔效应相关的发现之所以屡获学术大奖，是因为霍尔效应在应用技术中特别重要。人类日常生活中常用的很多电子器件都来自霍尔效应，仅汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器等。
此次中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场，因此至今没有广泛应用于个人电脑和便携式计算机上——因为要产生所需的磁场不但价格昂贵，而且体积大概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。
如今中国科学家在实验上实现了零磁场中的量子霍尔效应，就有可能利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和摩尔定律的瓶颈问题。这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用：无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片，进而可能促成高容错的全拓扑量子计算机的诞生——这意味着个人电脑未来可能得以更新换代。

11.3.4.8.2探讨：霍尔效应证明了中微子定向流动能够形成电流
我们在前文分析了，导线在磁场中的移动能够产生电流，其原因就是中微子顺导线方向定向流动引起的。那么，怎样证明这个结论呢？还有没有其它的证据呢?
我们认为，霍尔效应可以作为另一个证据，来证明这个结论的准确性。霍尔效应进一步验证中微子在导体内中的不同方向的定向流动也能够形成电流。如下图。



霍尔效应：导体在前后方向有电流通过，在磁场的作用下，导体左右方向形成电流，在左右两端形成电压差。
按照目前的科学观点，带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，汇聚到左侧，似乎也能解释导体两侧能够形成电压差这个现象。但是，洛伦兹力是如何凭空产生的呢？现代科学解释为：“通电导体在磁场中能够受到一个力，这个力就叫做洛伦兹力”。其实，通电导体在磁场中受力偏转，这仅仅是一个现象啊。这种解释方法，只是用现象解释现象。我们不仅要问，导体为何受力，这个力从何而来呢？为何没有人去探讨、刨根问题地追究这个问题呢？
我们认为，这个洛伦兹力肯定不是无中生有。所谓的洛伦兹力，从微观上来看，就是漩涡外侧中微子具有的动能，这些动能可以用旋转惯性力表示。当前后方向的中微子与这些漩涡外侧围绕漩涡中心旋转的水平方向运行的中微子进行弹性碰撞（接近）时，会彼此交换相互作用力，从而改变方向，看起来就像前后方向运行的中微子被拍打到侧向（水平左右方向）。这些向左侧运行的中微子的的撞击动能，就是导体向左侧移动的动力来源，它也能够使得导体内其它的中微子被动地沿左右方向移动，留下来的“空穴”位置相对滞后移动，我们就看到了所谓的“电流”反向流动。最终，这些中微子向左的定向流动，让我们看到了导体左右两侧形成了“电压差”。

图中每条导体可以看成多条导线组成。每条导线产生向左运动的中微子，如图细绿色线。多条导线产生向左运行的中微子，合并成向左的定向流动。如图粗绿线。

11.3.5猜测：世上本无反物质
11.3.5.1百度：反物质
反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。
正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质。电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。
中文名 反物质
外文名 anti matter
提出者 卡尔•安德森
提出时间 1932年
11.3.5.1.1主要概念
正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质。
电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。那么中子与反中子的性质有什么差别？其实粒子实验已证实，粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。这里我们讨论一下重子数的概念。
质子与中子被统称为核子。人们从核现象的研究发现，质子能转化为中子，中子也能转化为质子，但在转化前后，系统的总核子数是不变的。例如：在发生β衰变时，放出正电子的称为“正β衰变”，放出电子的称为“负β衰变”。在正β衰变中，核内的一个质子转变成中子，同时释放一个正电子和一个中微子；在负β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子和一个反中微子。此外电子俘获也是β衰变的一种，称为电子俘获β衰变。
50年代起的粒子实验表明，还有很多种比核子重的粒子，它们与核子也属同一类，这类粒子于是被改称为重子，核子仅是其最轻的代表，一般的规律是：当粒子通过相互作用而发生转化，系统中的重子个数是不会改变的。
由于重子数的守恒性，两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子的系统的，那么反核子应当怎么产生？实验表明，反核子总是在碰撞中与核子成对地产生的。例如 p+p → N+N+N+N'+若干 π介子，其中N代表质子或中子，N'代表反质子或反中子。反核子一旦产生，它常很快与周围的某个核子再相碰而成对地湮灭。例如
N+N' → 若干 π介子。按照这种说法推论，在宇宙的某个地方，一定存在着反物质世界。如果反物质世界真的存在的话，那么，它只有不与物质会合才能存在。可物质与反物质怎样才能不会合？反物质在宇宙何方？这还是待解之迷。
对于比核子更重的重子，情况完全一样。反重子也总是与重子成对地产生，成对地湮灭的。这些经验使人们认识到，重子数的守恒规律需要重新认识。人们把重子数B当作描述粒子性质的一种电荷。正反重子不仅有相反的电荷，而且也有相反的重子数B。令任一个重子都具有重子数B=+1，则任一个反重子都具有B=-1。介子、轻子和规范子等非重子不具有重子数，即它们有B=0。重子数的守恒规律可表述为：任何粒子反应都不会改变系统的总重子数B。这表述既反映了不涉及反粒子时的重子个数不变，也概括了反粒子与粒子的成对产生和湮灭。我们容易理解中子和反中子的区别了，它们具有相反的重子数B，因此反中子能与核子相碰导致湮灭，而中子则不能。
此外，人们还类似地发现了轻子数的守恒性。中微子虽不带电，也不具有重子数，但它与反中微子具有相反的轻子数。按轻子数的守恒性，中微子与反中微子的物理行为也是很不一样的，实验还表明，介子数和规范粒子数是不具有守恒性的。这样我们看到，电荷只是粒子的一种属性，另外还有用重子数和轻子数等物理量刻画的其他属性。正反粒子的这些属性也都是相反的。1928年，英国青年物理学家狄拉克从理论上首次论证了正电子的存在。这种正电子除了电性和电子相反外，一切性质和电子相同。1932年，美国物理学家安德逊在实验室中发现了狄拉克所预言的正电子。1955年，美国物理学家西格雷等人用人工的方法获得了反质子。此后人们逐渐认识到，不仅质子和电子，所有的微观粒子都有各自的反粒子。
这一系列科学成果使人们日渐接近反物质世界。然而问题并不那么简单。首先，在地球上很难发现反物质。因为粒子与反粒子碰到一起，就像冰块遇上火球一样，或者一起消失，或者转变为其他粒子。所以在地球上，反物质一旦碰上其它物质就会被兼并掉。其次，制造反物质相当困难而且耗费巨大，需要如SSC或LHC之类的高科技仪器，并且即使制造出反物质，也难以保存，因为地球上万物都由物质构成。
我们周围的宏观物质主要由重子数为正的质子和中子所组成。因此，这样的物质被称为正物质，由他们的反粒子组成的物质相应地叫反物质。从粒子物理的角度讲，正粒子和反粒子的性质几乎完全对称，那么为什么自然界有大量的正物质，而却几乎没有反物质呢？这正是我们要讨论的问题。
反物质就是正常物质的镜像，正常原子由带正电荷的原子核构成，核外则是带负电荷的电子。但是，反物质的构成却完全相反，它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。从根本上说，反物质就是物质的一种倒转的表现形式。爱因斯坦曾经根据相对论预言过反物质的存在：“对于一个质量为m，所带电荷为e的物质，一定存在一个质量为m，所带电荷为-e的物质（即反物质）”。按照物理学家假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。

11.3.5.1.2主要特点
在多数理论家看来，宇宙中正反物质的大尺度分离是不可能发生的。因此，三千万光年的范围内没有反物质天体，已说明宇宙中大块的反物质是不存在的。但是理论家也相信，极早期宇宙中正反物质应当等量。这样，需要做的事是寻找物理机理，来说明宇宙如何才能从正反物质等量的状态过渡到正物质为主的状态。这里，理论家也遇到了非常尖锐的困难。
按照大爆炸理论，甚早期宇宙介质的温度非常高。粒子间的热碰撞会成对地产生任何基本粒子。当粒子的成对湮灭与成对产生达到统计平衡，宇宙介质就是一切基本粒子构成的混合气体，且任一种稳定或不稳定的粒子都有接近相等的数密度。至于重子和反重子的数目是否严格相等，这不是由物理规律决定，而是由初条件决定的。
在理论家看来，在最初的宇宙中正反粒子应当等量才自然。但是易于看出，若这想法是对的，重子的守恒性立即会给出与事实明显不符的推论。当宇宙的膨胀使气体温度降至10 ^13 K以下，由于粒子的热动能已不够，热碰撞成对产生重子已不可能。于是湮灭过程将使正反重子的数目同时迅速下降。最终，宇宙中将既没有重子，也没有反重子。这显然不是真实宇宙的情景。事实上，今天宇宙中光子的数目最多。重子的数目是它的十万万分之一左右，反重子的数目很可能还要低许多量级。如果重子数B的守恒性是严格的物理规律，要宇宙从正反重子等量的状态演化成今天这样的状态是不可能的。然后，理论家又不能相信在原始的宇宙中重子就会多于反重子，那么问题的出路在哪儿？
重子数的守恒性肯定是严格成立的物理规律吗？至今难以计数的粒子实验确实没有发现过一个破坏重子数守恒的事例，但是这并不说明它一定是严格的规律。回顾一下化学的发展可作借鉴。化学反应是元素的重新组合。经验表明，在重组合的前后，每一种元素的原子数是守恒的，无数的化学实践表明没有例外。想把汞变金的炼金术的失败，更从反面提供了证明。但是有了核反应的知识后人们已清楚知道，汞变成金完全可能，关键在于要有高的能量让原子核发生变化。化学反应是在粒子能量小于1MeV的条件下进行的，这条件下原子核不能相互接触，核反应就不能发生。若过程中粒子的能量超过1MeV，原子核之间就能充分接近，那么原子核就能变化了，原子数的守恒性也就随之破坏了。由此看来，原子数在化学过程中的守恒不是偶然的，但是它仅是低能下的唯象规律，而不是普遍成立的自然规律。借鉴同样的道理，重子数的守恒性也可能仅是一定能量范围的唯象规律，而不是普遍成立的。当粒子的能量更高，重子数的守恒性完全可能会不成立，这正是今天的理论家看到的出路。
从70年代中期起，粒子物理中由弱电统一理论的成功，掀起了研究相互作用大统一的潮流。按这样的理论，高能下发生破坏重子数守恒的过程是自然的事，粒子物理中的这一潮流与宇宙学解决正反物质不对称疑难的需要不谋而合了。于是这疑难问题作为粒子物理和宇宙学的交叉领域而得到了很多进展。人们已清楚，要从正反物质等量的早期宇宙演化出今天正物质为主的状态，除了重子数守恒须可能被破坏外，正反粒子的相互作用性质还必须有适量的差别。由于超高能下的粒子物理规律至今还没有被掌握，因此实际上自然界是否确实具备这两个要素，尚不能回答，人们正在试探和摸索之中，如果今天的宇宙中只有正物质天体是事实，问题是否能按这思路得到解决也还并不完全肯定。
总之，为彻底揭开宇宙反物质之谜，前面还有漫长路要走。人们已能预料，这问题的解决不仅对认识宇宙是重要的，它对物理学的影响也将是很深刻的。

11.3.5.1.3研究历史
自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源，它们都是由质子、中子和电子所构成的。这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。在30年代初，就有人发现了带正电的电子（电子（Electron）是一种带有负电的亚原子粒子），这是人们认识反物质的第一步。到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。能量释放率要远高于氢弹爆炸。 在丹•布朗的小说《天使与魔鬼》里，恐怖分子企图从欧洲核子中心盗取0.25克反物质，进而欲炸毁整座梵蒂冈城（最后于高空爆炸）。
但至于网上流传的五千万分之一克摧毁大型设施，以及几克反物质摧毁地球纯属谣言，只是网络新闻为了增加关注度而编造出来的假消息。五千万分之一克反物质与正物质湮灭在物理学中能够释放3.6×106焦耳的能量，但不可能摧毁大型设施。而1克反物质（按1克反物质与1克正物质湮灭计算）湮灭释放出1.8×1014焦耳的能量，不可能毁灭地球。其遵守爱因斯坦的质能关系式E=mc2。其中E为湮灭产生能量，m为参与的正物质和反物质湮灭前总静止质量，c为光速≈3x108米/秒。
反物质概念是英国物理学家保罗•狄拉克最早提出的。他在1928年预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子，例如反电子，其质量与电子完全相同，而携带的电荷正好相反（A）。 且反电子的自旋量子数是-1/2而不是正1/2。
欧洲航天局的伽马射线天文观测台，证实了宇宙间反物质的存在。他们对宇宙中央的一个区域进行了认真的观测分析。发现这个区域聚集着大量的反物质。此外，伽马射线天文观测台还证明，这些反物质来源很多，它不是聚集在某个确定的点周围，而是广布于宇宙空间。

11.3.5.1.4寻找过程
1995年欧洲核子研究中心的科学家在实验室中制造出了世界上第一批反物质——反氢原子。1996年，美国的费米国立加速器实验室成功制造出7个反氢原子。
1997年4月，美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星发现，在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源，它喷射出的反物质形成了一个高达2940光年的“反物质喷泉”。由于我国参与了这项研究，因此新闻媒体曾热心地宣传过它。美国著名华裔科学家丁肇中也正致力于此。
1998年6月2日，美国发现号航天飞机携带阿尔法磁谱仪发射升空。阿尔法磁谱仪是专门设计用来寻找宇宙中的反物质的仪器。然而这次飞行并没有发现反物质，但采集了大量富有价值的数据。
2000年9月18日，欧洲核子研究中心宣布他们已经成功制造出约5万个低能状态的反氢原子，这是人类首次在实验室条件下制造出大批量的反物质。
如果相信宇宙中有等量的物质和反物质，那么在三千万光年之外应有大范围的反星系区存在。在那里，原始的宇宙射线应是由反质子和反α粒子组成的。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷，气体的密度约只有每立方米一个质子的质量。因此反原子核可自由地飞行很长的距离。这样，放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是阿尔法磁谱仪计划的基本想法。
上面已提到，实际测到的并不只是原始的射线粒子，它也包含由中途碰撞产生的次级粒子。因此当我们从宇宙射线中发现了反质子，它并不说明远处一定有反物质天体区存在。这些反质子完全可能是次级产生的。反原子核就不一样。它是由若干个反核子结合而成的复合体，所以不可能是碰撞产生的次级粒子。因此，如果能从宇宙射线中观测到那怕只有一个反 α 粒子，它将是有力的证据，表明远处有反物质天体存在。阿尔法磁谱仪能同时准确地测定飞入仪器的粒子的质量和电荷。当太空中有反 α 粒子飞入磁谱仪，它是容易被分辨出来的。这正是设计者所期望的事。阿尔法磁谱仪于2011年升空，它接收到的信息正在陆续送回，其结果无疑非常令人关注。
若阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在，那它肯定是一个里程碑式的成果。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体，更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按现有的物理理论，没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离。因此，如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质，物理学将需要突破性的变化。
宇宙中果真存在神秘的反物质，它们在哪里？记者昨天从中科院高能物理所了解到，为解开这个世纪之谜，中国和意大利在西藏海拔4300米的羊八井地区，将建成世界上第一个1万平方米“地毯”式粒子探测阵列实验站，用以接收来自宇宙的高能射线和反物质粒子。
据高能物理所天体宇宙实验室研究员卢红博士介绍，宇宙高能射线是人类能获得的惟一来自太阳系以外的物质样本。长期以来，它一直是科学家探索宇宙奥秘的研究对象。自从宇宙大爆炸理论出现后，科学家又一直致力于从宇宙射线中找到猜想中的神秘的反物质。但迄今为止，科学家们都未能找到反物质的踪迹。
据了解，中国和意大利科学家已在羊八井地区设置了分散的外观如蜂箱的粒子探测器，开展了宇宙射线的研究先后接收到了正电子、μ子、л介子等高能粒子。而改建新的“地毯”式探测阵列，除了面积更大，还由于它是由玻璃板一样的方形平板组成，可以像铺地毯一样拼接而几乎没有缝隙，弥补了过去间距过大，丢失信息的缺点。
容纳粒子探测陈列的一万平方米的实验厅已于6月完工。中意两国科学家正在铺设“地毯”，铺设和调试工作大约需要两年时间。据悉，此项世界上海拔最高的科学工程，已得到中意两国政府的约8000万元人民币的支持。

11.3.5.1.5发现历程
欧洲原子研究中心的科学家们在欧洲当地时间的2010年11月17日表示，通过大型强子对撞机，他们已经俘获了少量的“反物质”。
大型强子对撞机
当然，这些“反物质”只是少量的反氢原子而已，但这一发现也是引发了科学家极大的反响。
位于日内瓦的欧洲核子研究中心一直以来也在为破解这一难题而不懈的努力。欧洲核子研究中心拥有世界上能量最高的粒子对撞机——大型强子对撞机，这一对撞机的使命就是探究宇宙的起源，寻找那些未经证实的可能存在的物理现象。
在17日研究人员宣布，在经过了不懈的努力之后，大型强子对撞机终于发现了几十个氢原子的‘反物质’。罗布汤普森教授表示：“尽管发现的只是反物质的冰山一角，但这毫不影响这一发现的重要性，这是一次重大的突破，有利于我们更好的了解宇宙的性质和起源”。
罗布汤普森教授说的没错，反物质的发现将会引领人类的变革，使得人类的星际旅行之梦将成为现实。此前在大量的科幻小说中，用于星际旅行的飞船都是以反物质作为燃料的。举个最简单的例子，如果想把人类送上火星，那需要千万吨以上的化学原料，而如果是以反物质为燃料的话，仅需要几十毫克，同时时间也大为缩短，只需要6周的时间就可以到达。
这项新的研究将会发表在《自然》杂志上，同时还包括了欧洲核子研究中心专家在此过程中所起到的举足轻重的作用，以及探讨究竟这些科学发现者扮演者天使还是魔鬼的角色。来自英国的斯旺西大学的查尔顿教授最后对于这一发现做了自己的论述：“现在的宇宙基本是由普通物质所垄断，但我们必须要了解宇宙的全貌，否则我们可能身处危险之中却全然不知，氢是宇宙中最重要的元素，发现它的反物质，具有非凡的意义。”
英国《自然》杂志网站17日刊登研究报告说，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家成功制造出多个反氢原子，并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。
氢原子是只有一个质子和一个电子的最简单的原子。实际上，欧洲核子研究中心早在1995年就第一次制造出了反氢原子，但只能存在几个微秒的时间，就与周围环境中的正氢原子相碰并湮灭。此次的突破之处在于，制造出数个反氢原子后，借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0．17秒。
这个时间听起来似乎仍然很短，但对于科学家来说，这个时间长度已十分难得，可以对反氢原子进行较为深入的观测和分析。因此，这一成果被看作是物理学领域的一大突破，将大大推动有关反物质的研究。
大型强子对撞机要对撞1千年才能够对撞出一微克反物质。要得到足够多的反物质，必须开发数个星球。建造围绕整个星球的巨型粒子加速器。
反物质是一种人类陌生的物质形式，在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的。反物质和物质是相对立的，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭并释放出高能光子或伽玛射线。1932年由美国物理学家卡尔•安德森在实验中证实了正电子的存在。随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子。到目前为止，已经发现了300多种基本粒子，这些基本粒子都是正反成对存在的，也就是说，任何粒子都可能存在着反粒子，2010年11月17日，欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。2011年5月初，中国科学技术大学与美国科学家合作制造了迄今最重反物质粒子——反氦4。2011年6月5日欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过15分钟。同时在自然界也有‘反物质’的能动能效--反应为反物质凝聚。上海光机所利用飞秒拍瓦激光装置和高压气体靶相互作用产生大量高能电子，高能电子和高Z材料靶相互作用，由韧制辐射机制产生高强度伽马射线，伽马射线再和高Z原子核作用产生正负电子对。正电子谱仪经过精心设计，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，实验中在单发条件下就成功观测到了正电子。这是我国首次报道利用激光产生反物质。

11.3.5.1.6是否存在反物质


反物质(3张)
部分天文学家也认为有存在的可能，但现代天文学还拿不出令人信服的证据。否定反物质的人很多，美国宇宙学家施拉姆（Schramm）说：“大多数理论家的直觉，不存在反物质。这意味着如果你找到它，那是一个伟大的发现，证明这些理论家都是错误的。但是最大的可能是，这意味着你找不到它。”
由丁肇中主持的这项研究已有16个国家的科学家参与其中，投入的资金更是高达1000多亿美元。许多科学家表示：只要能发现宇宙反物质的存在，那么这将是当之无愧的诺贝尔奖。该探测器已于2005年发射升空并永久停留在太空，东南大学还将建立一个数据接收分析中心和培训中心作为配套项目。丁肇中认为，如果反物质确实存在，当正物质与反物质碰撞时可以产生巨大的能量。他所主持的“寻找宇宙中的暗物质和反物质”的研究已进行多年，已取得一些重要成果。“但是，从这一领域发展的历史来看，人们要有思想准备，也许我们会发现意想不到的东西，与原先想研究的东西毫无关系。”丁肇中很慎重地表示。

11.3.5.1.7首次捕捉到自然界的反物质
2010年11月17日，有媒体说，人类首次捕获到反物质 ，500克能量可超过氢弹。 欧洲科学家成功制造出多个反氢原子，并使其存在了0.17秒，这是物理学界的突破性发现，也是人类首次捕获到反物质。500克反物质的破坏力可以超过世界上最大的氢弹。
反物质至今都是物理学领域的一大谜团。我们周围环境中的物质是正物质，它由原子组成，原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反，由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质。反物质只要和正物质相遇就会湮灭，因此虽然现行理论认为宇宙从大爆炸中诞生时产生了等量的正物质和反物质，但我们很难在宇宙中找到反物质。寻找和研究反物质因此也成为物理学领域的热点和难点。
反物质，正常物质的反状态，极不稳定而几乎不存在于自然界。研究人员在实验室里制成反物质，但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。抓不住，便无从加以深入研究。
英国《自然》杂志网站17日发布报告，欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。
首次“抓住” 巧设“磁瓶”克服湮灭
研究人员2002年在真空环境里造出反氢原子，但造出后不到片刻便已湮灭。如今，欧洲核子研究中心研究员首次成功“抓住”这种反物质。
鉴于反物质接触容器壁后便即消失，研究人员利用特殊磁场对反物质加以捕获。
谈及这种看不见、摸不着的捕捉方式，丹麦奥胡斯大学教授杰夫•杭斯特告诉英国广播公司（BBC）记者，反氢原子具有“少许磁性”，“你可以把它们想象成罗盘指针，能够利用磁场探知它们的存在。我们制成一只强有力的‘磁瓶’，在里面造出反物质”。
另外，反氢原子运动速度不能太快，否则便难以捕获。杭斯特所在研究团队花费5年时间，设法让反氢原子温度降至0.5开氏度，相当于零下272.65摄氏度、即接近绝对零度，使反氢原子处于低能量状态。
“如果它们运动得不至于太快，那么就算被‘抓住’了。”杭斯特说。
理论测算 500克反物质超过氢弹
丹•布朗在畅销书《天使与魔鬼》中把反物质描述成人类目前所知威力最大的能量源。它能以百分之百的效率释放能量，不造成污染，不产生辐射，一小“滴”便可维持美国纽约全天所需能量。
从理论上说，不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。
不过，研究人员首次捕获的成果为38个反氢原子，持续时间为五分之一秒。这等数量的反物质不足以让一只100瓦灯泡发光二十亿分之一秒，更别提用作剧烈炸药。
杭斯特教授解释道，研究人员掌握捕获反物质技术后，今后可在具体操作程序层面加以“微调”，便有望制成数量足够多、保存时间足够长的反物质，为进一步研究打开一扇门。

11.3.5.1.8前景展望 有助破解宇宙起源之谜
爱因斯坦预言过反物质的存在。发生爆炸并产生巨大能量。
反物质的发现，使人们联想上世纪许多不解之谜，其中最为著名的莫过于“通古斯大爆炸”。1908年6月30日凌晨，俄罗斯西伯利亚通古斯地区遭遇从天而降的“火球”，大片原始森林顷刻化为灰烬。至于爆炸起因，一些人推断是小行星撞击，一些人猜想是反物质所致“湮灭”。
深入研究反物质，是解开宇宙起源之谜的重要环节。
“我们希望查明，物质与反物质之间是否存在某些我们尚不知道的区别，”杭斯特说，“这种区别或许存在于更基本层面，或许牵连宇宙起源时某些高能量活动。”
“这就是为什么能够‘抓住’它们（反物质）是这般重要，因为我们需要时间研究它们。”
。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（PET）在癌症诊断等方面已广泛应用。
动态发展
神秘“反物质”或许将成为人类的“末日武器”。通过大型强子对撞机，他们已经俘获了少量的“反物质”，尽管只是少量的反氢原子而已，但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。
存在时间是关键
实际上，早在1995年，欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭，因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝，科学家们根本无从研究它的真面目。2002年，欧洲核子研究中心的实验进一步表明，反氢原子可以大量制造，但如何让它们存在时间长一点仍是难题。
因此，这次实验成果的突破就在于，人工制造的38个反氢原子存在了大约0．17秒。这个时间在普通人看来也许非常短，但对科学家来说，已比先前有了实质性的延长，足够他们进行较为深入的观察和研究。
利用磁场作“陷阱”
欧洲核子研究中心介绍说，这次之所以能够将反氢原子捕获长达0．17秒，要归功于一种特殊的磁场。 在实验室中，反氢原子是在真空环境里制造出来的，正常情况下瞬间就会与正物质发生湮灭并消失。而这个强大而复杂的磁场会像陷阱一样“拖延时间”，使反氢原子与正物质的接触稍作延缓。实验显示，利用这种磁场，可以将“牵制”反氢原子的时间延长到十分之一秒的量级，这对于观察研究反氢原子来说已经“足够长”。
最终，欧洲核子研究中心在制造出的数以千计的反氢原子中，成功地使其中的38个存在了大约0．17秒。
科学家称，研究反物质，之所以选择氢原子入手，是因为氢原子只包含一个质子和一个电子，是最简单的原子，因此被看做是物理学领域最佳的研究对象。
反物质研究的重要一步
尽管这只是在实验室中制造并短暂捕捉到反物质原子，但科学界仍然欢欣鼓舞，认为这是物理学领域的一次突破，距离反物质的“真相”又“近了一步”。
刊登这一研究成果的英国《自然》杂志称，成功“捕捉”反氢原子后，通过比较反物质和正物质，科学家们就可以测试粒子物理学“标准模型”中最核心的基本对称理论。欧洲核子研究中心主任罗尔夫•霍伊尔在17日发布的一份新闻公报中说，“这是反物质研究领域的重要的一步。”
“抓住”反物质达千秒
欧洲核子研究中心的科研人员在2011年6月5日在英国《自然•物理》杂志上报告说，他们成功地将反氢原子“抓住”长达一千秒的时间，也就是超过16分钟，这有利于对反物质性质进行精确研究。反氢原子是普通氢原子对应的反物质形态。反物质与普通物质相遇就会湮灭，此前制造出的反氢原子往往只能存在几微秒的时间。2010年11月，欧洲核子研究中心利用反氢原子微弱的磁性，首次成功地用“磁场陷阱”束缚住了反氢原子，时间达172毫秒。 　5日发表的新研究在束缚时间上取得了巨大突破。科学家在论文中说，他们在这一轮研究中，先后用磁场陷阱抓住了112个反氢原子，时间从1/5秒到一千秒不等。分析还显示，这次抓住的反氢原子大多数处于基态，也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态反物质原子。如果能让反物质原子在基态存在10分钟到30分钟，就可以满足大多数实验的需要。
在这一轮研究中，科学家单次最多一次抓住了3个反氢原子。他们希望能将更多的反氢原子束缚较长时间，使测量数据在统计上更加精确。反物质是由反粒子组成的物质，反粒子的质量等特性与组成普通物质的粒子相同，但电荷等特性相反。氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个带正电的正电子和一个带负电的反质子构成。
反物质至今都是物理学领域的一大谜团。现有理论认为，在宇宙诞生的大爆炸中产生了数量相等的物质和反物质。但在人们观察到的宇宙中，物质占绝对主导地位。研究反物质原子的特性、比较它们与普通原子在物理规律上是否对等，可能有助于解开上述疑点。
由多位中国科学家参加的美国布鲁克海文国家实验室RHIC-STAR国际合作组探测到氦核的反物质粒子——反氦核。这种新型粒子又名反阿尔法粒子（α粒子），是迄今为止所能探测到的最重的反物质原子核。STAR国际合作组的该研究成果在线发表在《自然》（Nature）杂志。
位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)利用两束接近于光速的金核对撞来模拟宇宙大爆炸，产生类似于早期宇宙的物质形态。这种剧烈的碰撞产生大约等量的夸克和反夸克物质，其中一部分稳定的反物质可以在与正物质湮灭之前在STAR探测器中留下清晰的信号。
STAR合作组是由来自12个国家的54家科研单位组成，其中STAR中国合作组成员包括中国科学院上海应用物理研究所、中国科学技术大学、中国科学院近代物理研究所、清华大学、华中师范大学、山东大学等。由中国国家自然科学基金委、科技部、中国科学院与美国能源部共同出资研制，并于2009年安装在STAR探测器上的“大型飞行时间探测装置”（TOF），在反物质氦4的鉴别过程中发挥了关键作用。中美TOF合作项目联系人美国加州大学洛杉矶分校黄焕中教授说：“寻找反物质氦4和其他奇异物质是TOF项目立项的物理目标之一。我们不仅出色完成了硬件装置，而且此发现为实现TOF的物理目标开启了一个很好的开端。”
上海应用物理所研究员、STAR中国合作组召集人马余刚说，中国科学家队伍在这个重要的科学发现中作出了杰出的贡献。一方面，该发现依赖于中国合作组研制的性能优异的大型飞行时间探测器；另一方面，该发现得益于布鲁克海文国家实验室的物理学家唐爱洪（文章投稿作者）带领的团队利用“高阶触发”技术，使得我们能够在海量的实验数据中实时挑选出含有反物质氦4的碰撞事例。在利用这个技术寻找反氦4的过程中，上海应用物理所博士生薛亮和近代物理所博士生仇浩等作出了突出的贡献。
国家自然科学基金委副主任沈文庆院士评价说，在人类寻找反物质的艰辛历程中，老一辈的中国科学家在这个领域作出了许多杰出的工作，包括已故科学家赵忠尧院士在1930年观测到了由狄拉克预言的反电子迹象和王淦昌院士领导的研究小组在1960年发现了反西格马负超子等。这次STAR合作组的反氦4重要发现是继发现反物质超氚核后的又一具有重要里程碑意义的突破性进展，而在这两个重要的科学发现中我国的核物理学家队伍都起到了极为关键的作用，突显了基于大科学基础研究的国际合作的重要性。

11.3.5.1.9时空扭曲效应
据国外媒体报道，英国华威大学的物理学家从星系旋转的角度入手，建立了一个涵盖整个星系时空模型，旨在解释粒子物理学中的一个突出的难题：为什么在宇宙诞生之初，物质和反物质可以共同存在于宇宙空间中。这个问题犹如一扇通往宇宙终极奥秘的大门，门的背后或许就隐藏着“上帝的秘密”。物理学家们设想了一个“纯洁”的宇宙：这个构想出来的宇宙中，所有的物理定律在宇宙中任何一个地方都能适用，具有极强的普适性。宇宙中粒子和反粒子的行为也同样按照相同的方式进行运动。
然而，近些年的粒子物理实验中发现，在物质和反物质的衰变中，K介子和B介子表现出显著的差异性。这就是被称为“电荷宇称不守恒”的一个证据，这个证据的发现对粒子物理学家而言，应该是个有些“尴尬”的现象，因为在弱相互作用下宇称不守恒的观点被提出后，物理学家由此推理出“电荷宇称守恒“（CP守恒）的观点，但是这个观点不能解释我们宇宙中物质为什么会存在的问题。也就是说，理论上宇宙诞生后产生的是相同的物质和反物质，我们也知道物质和反物质相遇会湮灭，如果按此推演，就不会有当前宇宙中的一切了。
英国华威大学物理学系的Mark Hadley博士相信其找到了一种可经得起检验的关于电荷宇称不守恒的证据，该证据不仅能保持宇称的奇偶性，而且还能使得电荷宇称不守恒的理论可以合理地解释在宇宙诞生之后物质与反物质之间的问题。
Hadley博士的论文已经发表在EPL（欧洲物理学快报）上，主要介绍了对于CP破坏（CP对称被破坏了）的一种源头，这个源头与克尔度量的不对称有关。其同时也认为：研究人员忽视了一个重要的效应，即我们星系的旋转对亚原子粒子的衰减会产生重大影响。
根据粒子物理学的观点，我们的宇宙在根本意义上就是不对称的，而且在弱相互作用中，有一个明显的左和右的不对称性，也有一个更小的CP对称破坏存在于K介子系统中。以上观点已经被体现在现有的粒子物理实验中，但是没有任何的解释。其中的一个可能的原因就是：我们银河系的自转的效应造成了我们时空的扭曲，这种扭曲程度足以影响到对实验结果的评定。而如果时空扭曲足以影响实验结果，那么可不可以在一定程度上认为我们的宇宙从根本上说是对称的呢。对于这个较为“奇异”的预测，欧洲核子研究中心已经在收集相关的数据，以证明星系的自转对结果的影响有多少。
对于星系自转所产生的效应，这是一个较为容易被忽视的问题。因为我们一直以来都是处于地球和太阳的引力场中，这是最直接的感受，对于整个银河系在某个方面对我们人类造成的影响还不是那么显著。而Hadley博士则认为整个星系产生的引力场将使得星系内部的时空产生扭曲，这种扭曲自然也包括太阳系在内，而这个时空扭曲效应的影响将是不容忽视的。如此巨大质量的星系自转所具有的速度和角动量拖拽着星系内部的时空，造成时空的形状的变形以及时间的膨胀效应。
而整个星系的旋转对我们地球周围的时空所产生的效应比地球本身的自转要强100万倍。当CP破坏在B介子衰变中被观察到时，这是一个较为关键的现象，其有助于解释在相同粒子物质与反物质的分裂基于不同的衰变率。但是，奇怪的是：即使研究人员观察到衰变中出现的较大的差异，但把这些各个衰变率进行相加时，研究人员又能得到一个与在相同粒子中物质与反物质分裂条件下相同的值。
据Hadley博士介绍：我们银河系的自转对时空的“拖拽”效应理论可以解释关于观测的一切问题。在相同粒子物质与反物质分裂中，他们不仅可以在镜像上对称，在其他的结构上也将保持对称。对于那些粒子衰变而言，这个观点并不是完全不合理的，这个衰变的机制可能开始于“镜像”时刻，然而，银河系的自转所产生的“拖拽”效应是显著的，造成的时空扭曲足以引起每个粒子结构的不同，使其经历不同的时间膨胀效应，而这正是衰变以不同方式进行的原因。
这就是说，在每个粒子进行衰变时，时空扭曲所造成的不同时间膨胀所带来的整体效应必须被考虑，CP破坏的消失和对称守恒也应该与此相关。这个理论的另一个亮点是其能被得到检验，其所预测的现象也能进行相关的测试。在欧洲核子研究中心，已经收集到了大规模的数据阵列，显示出在衰变的过程中，CP破坏是存在的，同时还能检验出星系的自转所产生的“拖拽”效应对其的影响。
粒子物理学家正在考证类似银河系这样巨大的星系对实验中所观察到CP破坏有着多大的影响。同时，其也为那些理论家们提供打开了一扇大门：将CP破坏作为一个非常有用的工具以解释在我们的宇宙诞生之初物质与反物质是如何进行分离的，如何形成我们所看到的物质宇宙。而事实上，由银河系旋转所产生的时空拖拽和时间膨胀效应对粒子实验的影响将是不容忽视的。而在极早期的宇宙中，可能存在足够的质量和旋转以产生时空拖拽，这个效应对物质与反物质的分布将产生显著的影响。

11.3.5.1.10反物质的来源
第一种来源在我们头顶之上的大气外层。在来自星际空间、充满电荷的宇宙线的轰击下，那里不断产生正电子。第二种来源则隐藏于放射性物质的原子中。某些不稳定的原子核拥有多余的质子，如钠22、溴35或碘122，实际上它们最终将衰变并释放出一个中微子、一个光子和一个正电子。第三种则是由雷暴制造。首先风暴云极化，然后雷电使云层突然去极化，大气中的电子突然发生喷射，接着产生伽马射线，最后伽马射线撞击大气中其它原子核，产生电子与反电子。
人体反物质
除了我们常见的物质外，宇宙中还存在着反物质。自1928年英国物理学家保罗•狄拉克预言反物质存在以来，反物质一直是科学家眼中的“香饽饽”。科学家们认为，反物质研究在高能物理、宇宙演化等方面具有重要意义，

深入研究反物质，是解开宇宙起源之谜的重要环节。
反物质也是很多科幻小说中的“标配”。比如，在电影《达芬奇密码》的姊妹篇《天使与魔鬼》中，仅仅含有0.25克反物质的炸弹就足以将梵蒂冈从地球上抹去；而电影《星际迷航》中的“企业号”飞船则使用由物质—反物质湮灭产生的强大推力来获得超光速飞行速度。
在粒子物理学中，反物质是一种由反粒子组成的特殊物质。反粒子与粒子有着相同的质量却有着相反的电荷和自旋。这些反粒子结合在一起构成反物质。比如，正电子（电子的反物质）和一个反质子可以构成一个反氢原子。
除此之外，反物质还有很多令我们惊叹的特征，美国费米国家实验室和斯坦福直线加速器中心（SLAC）联合创办的《对称》杂志网站，列出了我们可能不知道的关于反物质的十件事。

11.3.5.1.11正反物质不对称
1928年，狄拉克预言了电子的反粒子——正电子的存在。
1932年，美国科学家卡尔•安德森在研究一种来自遥远太空的宇宙射线过程中，意外地发现了正电子，证实了狄拉克的预言，引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性？如果具有普遍性，那么其他粒子是不是都具有反粒子？于是，科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找目标。
1936年，安德森因发现正电子而获得该年度的诺贝尔物理奖。后来其他基本粒子的反粒子也陆续被发现。1955年，美国研究人员制造出了第一个反质子，即电荷为负的质子。
当今我们的宇宙中存在着大量正粒子组成的物质，然而却没有发现由反粒子组成的稳定存在的反物质，这说明宇宙中正反物质之间并不是严格对称的，否则所有的物质都将湮灭。
宇宙起源的标准理论认为，物质与反物质在大爆炸之初是成对或等量产生的。当物质和反物质相遇时，会彼此湮灭，只留下能量。因此，从理论上来说，我们应该都不存在，但事实并非如此，现今所遗留下来的绝大多数是正粒子，这即所谓的“正反物质对称性破坏（对称破缺）”，虽然在几个粒子对撞试验中，都发现了正粒子与反粒子的衰变略有不同，但在数量上仍不足以解释为何现今反物质消失的问题，这在粒子物理学上仍是一大未解之谜，科学家们也对此提出了很多解释。
物理学家们目前正在殚精竭虑地进行研究，希望能够最终厘清这种不对称，或许答案揭晓的那一天，也将开启新的天文学时代序幕。
反物质比想象的离你更近
少量反物质持续不断地以宇宙射线和高能粒子的形式，天女散花般地降落在地球上。这些反物质粒子到达大气层的范围1到100个/平方米。
但其他反物质来源其实就近在咫尺。比如，香蕉也会产生反物质——它每75分钟会释放出一个正电子。之所以会出现这一现象，是因为香蕉包含有少量的钾-40。钾-40是钾的天然同位素，会在衰变过程中释放正电子。
人体也包含有钾-40，这意味着人体也会释放正电子。由于反物质一旦同物质接触，就会彼此湮灭，因此，这些反物质粒子非常短命。
身价昂贵但难以企及
尽管物质—反物质湮灭有潜力释放出大量能量，1克反物质或能产生相当于核爆的爆炸规模，但人类目前制造出的反物质少得可怜。
1995年，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家在实验室中制造出了世界上第一批反物质——反氢原子；1996年，费米国家加速器实验室成功制造出7个反氢原子。2000年9月18日，CERN成功制造出约5万个低能状态的反氢原子，这是人类首次在实验室条件下制造出大批量的反物质。2011年5月初，中国科学技术大学与美国科学家合作制造了迄今最重反物质粒子——反氦4。
不过，迄今为止，费米实验室的万亿电子伏特加速器（Tevatron）制造出的所有反质子加在一起只有15纳克（十亿分之一克）；而CERN制造的所有反质子加起来仅为1纳克；德国的电子同步加速器（DESY）制造的正电子加起来大约2纳克。即便所有这些反物质一次全部湮灭，它们产生的能量还不足以烧开一杯水。
根本的问题在于制造和存储反物质的效率以及成本，由于目前反物质是由加速器产生的高能粒子打击固定靶产生反粒子，再经减速合成的，此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量，且生成反物质的速率极低：仅仅制造1克反物质就需要大约25×1015千瓦时的能量。因此，从生产成本考虑，反物质是世界上最贵的物质。
用“阱”来保存反物质
反物质还难以捕捉和存储。因为反物质只要遇到正物质立刻就会湮灭爆炸，所以我们无法使用任何由正物质制造的容器来存放它，必须为它们建造特殊的“家园”。

带电的反物质粒子，比如正电子和反质子能被保存在彭宁离子阱（Penning traps）内。这些设备可以被看成是小型加速器，依靠磁场和电场让粒子不与阱壁碰撞，使其呈螺旋形运动。据悉，目前，美国国家航空航天局（NASA）和宾夕法尼亚州立大学的科学家们已经能用彭宁离子阱存放1010个反质子一个星期。但彭宁离子阱对反氢原子等并不起作用，因为，反氢原子不带电，无法被电场“锁住”。相反，它们被保存在俗称的“亚普阱”内。
其实，地球的磁场也类似某类反物质阱。2011年，意大利一个科学团队利用一座宇宙射线探测器成功在范艾伦辐射带发现了反质子带，存在区域距离地球表面350至600公里，这一研究证实了地球磁场能“捕获”反质子的理论。
反物质可能向上飞
爱因斯坦的广义相对论告诉我们，重力对任何物质都是同等作用的；标准模型理论也预言，引力对物质和反物质应该产生同样的影响。那么重力的作用会使反物质向下落还是向上飞？如果反物质的行为是完全不同的，它们是否会颠覆现有的物理学理论呢？CERN正在进行的“神盾（AEGIS）”实验、“反氢激光物理装置（ALPHA）”实验等都在试图发现这一点。
当然，观察引力对反物质的影响并不像看到苹果从树上掉下来那么容易。这些实验需要将反物质保存在一个阱内或通过让其冷却到绝对零度之上的温度从而让其降速，才能更好地对其进行观察。而且，因为引力是最微弱的基本力，物理学家们必须在这些实验中使用中性的反物质粒子，来预防更强大电场产生的干扰。
粒子减速器让反物质放慢脚步
对于粒子加速器，我们很多人都已经耳熟能详，但你知道还存在粒子减速器吗？CERN就有一台名为“反质子减速器（Antiproton Decelerator）”的设备。2000年8月10日，CERN宣布这台反质子减速器投入使用。
这台反质子减速器是一个圆形混凝土盒，周长188m，耗资1150万美元。它利用磁场将高能反质子和正电子冷却、减速和聚积，最终在电磁场束缚下形成大量反氢原子，这些“冷”反氢原子的温度仅比绝对零度略高几度，为以后研究反质子和反氢原子等粒子的特性和行为提供了可能。
2014年，CERN的“低速反质子原子光谱和碰撞（ASACUSA）”实验团队将正电子和由反质子减速器产生的低能量反质子混合，首次成功制造出反氢原子束。他们检测到了一束由80个反氢原子构成的、长达2.7米的反物质束流。
中微子或是自己的反粒子
物质粒子和其反粒子伙伴携带的电荷相反，使科学家们很容易区分彼此。但中微子几乎没有质量，也很少与其他物质相互作用，更加没有电荷，由此，科学家们相信，中微子可能是马约拉纳费米子（与反粒子相同的粒子）。20世纪30年代，意大利物理学家埃托雷•马约拉纳提出中微子可以作为自己的反粒子。

研究中微子性质的马约拉纳探测器以及美国的EXO-200等探测实验都旨在通过寻找一种名为无中微子双β衰变的行为，从而确定中微子是否是马约拉纳费米子。有些放射性的原子核会同时衰变，释放出两个电子和两个中微子。如果中微子是自己的反粒子，那么，它们会在双衰变之后瞬间彼此湮灭，科学家们只会看到电子。
找到中微子或能帮助科学家们解释反物质—物质不对称。物理学家们认为，中微子有的轻、有的重。目前存在的是轻中微子，而重中微子只在大爆炸后的一瞬间存在。

11.3.5.1.12反物质在医学领域“大显身手”
时至今日，人们发现和制造的反物质粒子虽然不多，但像正电子这样的反物质已经不足为奇了。虽然现在还不能像科幻小说里所描述的那样制造和存储大量反物质，但在较小规模上反物质已经得到了应用，比如，在不少医院里使用的正电子发射计算机断层显像（PET）设备，正是用正电子来生成身体的高清图像。
发射正电子的放射性同位素（比如香蕉内发现的钾-40）被附着到葡萄糖等化学物质上，然后一起被注射入血管内。葡萄糖在血管内分解，释放出正电子，正电子遇见体内的电子并彼此湮灭。这一湮灭过程会产生伽马射线，这些伽马射线可被用来构建身体的图像，从而为医生提供诊断依据。
而CERN的科学家们一直在研究将反物质作为一种潜在治疗癌症的手段。物理学家们发现能使用粒子束攻击肿瘤，这些粒子束会在安全地穿越健康组织之后，释放出能量。使用反质子可以添加另一束能量。科学家们已经发现，这一技术对仓鼠的细胞有效，但目前仍然没有在人体进行相关研究。
大爆炸后的反物质或仍在潜伏
科学家们一直希望“揪出”大爆炸后留下的反物质，从而解决物质—反物质不对称这一谜团。
国际空间站上阿尔法磁谱仪（AMS-02）的使命就包括搜寻这些粒子。2011年搭乘“奋进号”升空的这个先进探测器，被视为可对反物质谜案做出“结案陈词”的科学利器。在今后的十几年里，它将在这个太空中最理想的地方，探索反物质以及反宇宙的存在。除此之外，它的使命还包括寻找宇宙中的暗物质以及探索宇宙射线。
AMS-02是人类送入太空的最大磁谱仪，可以从数十亿个事件中识别一个反粒子。这意味着与以前的实验相比提高了三个数量级的精度。在这样的精度下，探测器将以前所未有的准确度来探测宇宙射线光谱的组成。
AMS-02内部有一个强大的永久磁铁，带电粒子和反粒子将在其作用下向相反的方向偏转，从而让物质和反物质分道扬镳，而不会“见面”导致彼此湮灭。
宇宙射线碰撞一般会产生正电子和反质子，但制造出一个反氦原子的可能性极低，因为这一过程需要大量能量。这意味着，即便只发现一个反氦核，就能成为宇宙某处存在大量反物质的坚实证据。这些物质是在宇宙大爆炸后产生的，它们的发现将成为认知当今宇宙的真正突破。
反物质推动飞船仍是长路漫漫
反物质潜在且十分诱人的用途是用来制造星际航行火箭的超级燃料。
科学家们早就发现，当反粒子和粒子在高能下碰撞而湮灭时，会释放出大量能量。而这种能量的释放率远远高于核弹、氢弹，大概几克产生的能量就相当于一枚战略核弹。正因为有这样的性质，在科幻小说里，反物质经常作为星际飞船的燃料出现。《星际迷航》系列电影中，“企业号”宇宙飞船可实现曲速飞行、超光速抵达宇宙中任何一个地方，仰仗的正是它的反物质动力系统。
美国肯特州立大学高级研究员张伟明（音译）和西储学院的罗南•基南的分析结果显示，反物质火箭的速度完全能够达到光速的70%。从理论上来说，用反物质作为火箭燃料可能的，但在这项新构想真正付诸实施之前，人们必须解决反物质数量稀少和存储两大难题。
目前，科学家们仍然没有办法大规模制造或收集到足够多的反物质，经过近半个世纪的研究，人类现在也最多只能将反物质（反氢原子）保存1000秒。据媒体报道，2011年，CERN的科学家成功将309个反氢原子保持到1000秒，是此前的5000倍。
不过，科学家就是一群“明知山有虎，偏向虎山行”的人，不少科学家正在进行反物质的制造和存储研究。如果未来某一天，科学家们能够找到制造或收集大量反物质的方法，那么，由反物质推进的星际旅行有可能从梦想走进现实。
但有趣的是，当反物质火箭真正投入使用之后，乘客们还必须开始习惯所谓的相对论效应——当接近以光速飞行，时空并不会移动得那样快。简单地说，从地球到半人马座的旅行，地球时钟会走了大约6年，但实际感觉只过了不到4年半时间而已。
实际上，人体也会释放反物质。相信随着科学技术的不断发展和科学研究的不断深入，人们对反物质作用的认识一定会越来越深刻，反物质世界必将为人类做出贡献。

11.3.5.2猜测：世上本无反物质
百度资料：
……反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。
正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，电量相等但电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质。电子和反电子的质量相同，但有相反的电荷。质子与反质子也是这样。粒子与反粒子不仅电荷相反，其他一切可以相反的性质也都相反。
……
首先，在地球上很难发现反物质。因为粒子与反粒子碰到一起，就像冰块遇上火球一样，或者一起消失，或者转变为其他粒子。所以在地球上，反物质一旦碰上其它物质就会被兼并掉。其次，制造反物质相当困难而且耗费巨大，需要如SSC或LHC之类的高科技仪器，并且即使制造出反物质，也难以保存，因为地球上万物都由物质构成。……


11.3.5.2.1反物质的发现
在早期1931-1933年，安德森在宇宙射线的研究中发现一个不寻常的现象，在云雾室中的照片中，发现粒子的轨迹不同与众。根据照片轨迹的曲率估算，这种粒子质量远小于质子，仅仅与电子接近。但是该轨迹的方向与质子在磁场偏转的方向相同。
按照所谓的电的观点来看，这说明该粒子带正电，质量与电子接近。于是，自然而然，这种新发现的粒子就应该是正电子！！！
后来，人们陆陆续续发现，各种粒子穿越磁场时，都能发现与正常偏转方向相反的偏转。这就意味着所有的粒子都具有反物质粒子。但是，放眼周边，人们发现反粒子出现的机率很小很小。于是，人们就开始各种打补丁，来解释反物质稀少的现象。

11.3.5.2.2质疑：反物质的存在
其实，当现实很少发现反物质，不支持反物质这个理论时，我们就应该意识到反物质理论或许从根本上就是错误的。
我们看到两种方向的偏转，一定就是两种粒子吗？同一种粒子在磁场中就只能有一种偏转方向吗？难道同一种粒子大的不同状态就不可能有多种偏转方向吗？
前文我们分析了，影响粒子偏转方向的因素主要是粒子形成漩涡的转动方向。而影响漩涡转动方向的因素就是中微子流动的方向。粒子向内吸收中微子与粒子向外释放中微子，显然就是两种不同的中微子流动方向，带来的结果就是粒子在磁场中会产生不同的偏转方向。
另外，从常理分析，一种粒子存在反粒子的可能性相对很小，但是，一种粒子存在多种状态，却是非常正常的事情。假设，一种粒子有8种状态，这样总共有48种状态。我们在研究探索的过程中，是本着求同存异呢，即认为那就是6种粒子，还是盲人摸象，即认为那是48种不同的粒子？显然，认为48种粒子的做法是错误的，并且一旦认同48种粒子，就再也不能把一种粒子的8种状态综合到一起，就再也不能形成对这种粒子的全方位正确的认识了。也就是不能正确认识这个世界了。
比如，自然界中力的存在多种多样，其作用力大小不同，作用场合不同。作用力比较大的比如两块磁铁之间的吸力、斥力，作用力大小一般的，比如两个物体相互靠近的吸力，还有作用力很小的，比如摩擦起电的微小的吸力等等。虽然作用力千变万化，但是，按照求同存异的方法，我们可以认为，这些作用力的来源，都是中微子动能差产生的推力，它们其实都是一种力的不同表现形式。而现在按照盲人摸象的方法，却分别认定为磁力、万有引力、电力。这就造成我们不可能全面认识中微子以及中微子在不同场合下的作用效果，且只能停留、徘徊在这些所谓的各个不同的力面前，再也没有彻底揭开这些力的真面目的尝试和可能。
或许，从早期的科学家发现所谓的电子能够在磁场发生偏转，人们把微观粒子简单的分为正负粒子开始，人们对微观粒子的探索研究的方向就陷入了歧路，把本来不存在的正电、负电研究的津津有味、乐此不疲，最后产生所有的粒子都有反粒子等一系列“理论”。说明我们在歧途走的太远了。
我们打乱发现新粒子的进程，从另外一个角度再来思考一下。试想，如果一开始人们发现了电子，随后接着再发现与电子质量接近、偏转方向相反的新粒子。那么，当时的人们还会认为这种新粒子是电子的反粒子吗？还会存在物质由正、负电荷的粒子粒子组成吗？按照盲人摸象的方法，那时人们会认为这是一种新粒子，而不是电子的反粒子或者带不同电荷的粒子。可以看出，按照盲人摸象的方法来认识研究自然界，会受到更多的人为因素的干扰，不同的发现过程，就能够导致不同的理论。由此可见，在盲人摸象方法的指导下，得出的理论是多么肤浅！！！
而按照求同存异的方法来研究粒子，先发现电子，随后发现同质量反向偏转的粒子，我们应该认为这可能是同一种粒子，然后再寻找同种粒子为何产生不同偏转方向的原因。或许能够认识到，这是同种粒子的不同状态引起的。最终找到在磁场中，能够影响粒子的偏转方向的因素。我们认为，这种思路应该比较符合实际情况，也容易得出正确的理论。
或许，我们应该好好理顺一下早期科学家的发现之旅，抛弃磁与电的概念，重新审视、重做试验，集中精力寻找粒子产生偏转的真正动力来源，从而得出正确的理论。

11.3.5.2.3探讨：反物质的相关解释
1）第一个反物质：正电子在云雾室被发现，其偏转方向与电子相反。
解释：“该粒子质量与电子接近”，说明该物质就是电子。“与电子偏转方向相反”的原因是，这个电子的状态与正常电子不同。大部分情况下，电子都是受激发后从阴极发射出来的，其具有不断向外释放中微子的能力。而反向偏转的这个电子是经过激发态后的电子，即释放完中微子后的电子。这个状态与质子的状态相同，具有从周边吸收中微子的能力。
2）在地球上很难发现反物质。
解释：反电子，即释放完中微子的电子，这样的电子应该很常见，但是，由于不再向外释放具有一定振动频率的中微子，即不再向外发光，所以，一般不可见。我们需要经过试验，得出电子的激发态能够保持多长时间，然后，发射后经过这段时间后再去捕抓、观察这种电子。
或许，我们可以用简单的实验来证明，这些不发光的电子，仍可以同样产生的电流。
反质子，即处于激发态的质子。这样的质子也应该常见。中子在一般情况下，经过15分钟就会失去中微子，从而变成质子。我们就要在这15分钟内一定能够观测到从激发态的中子逐渐变成稳定态的质子的过程。在这个过程中，必然存在激发态的质子不断向外释放中微子的阶段，这就是反质子。
反中子，即中子。
3）当今我们的宇宙中存在着大量正粒子组成的物质，然而却没有发现由反粒子组成的稳定存在的反物质，这说明宇宙中正反物质之间并不是严格对称的，否则所有的物质都将湮灭。
解释：所谓的正粒子，即稳定态粒子。反粒子即处于激发态的粒子，是非稳定态的粒子。其非稳定态的存在时间很短，那种激发态，或许只有短短的几秒钟时间。所以，不可能稳定存在。
4）人工制造的38个反氢原子存在了大约0．17秒。
解释：0.17秒后，激发态的氢原子就会变成稳定态的氢原子。
5）当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。
解释：稳定态与激发态的粒子碰撞，首先激发态粒子爆裂，释放出大量低速中微子，迅速从周边中微子获得接近光速的速度，其动能猛增，形成巨大能量。在这个过程中，稳定态粒子在巨大的能量撞击下，随后爆裂，再次释放大量低速中微子，形成巨大能量。在这个过程中，发光、发热，产生巨大能量。

11.3.6探讨：水桥现象是一个中微子流动产生的障眼戏法
11.3.6.1百度：水桥现象19世纪末，一位英国工程师发现了一个有趣的现象，将两个装满水的烧杯通电之后，会出现一个奇怪的现象：两杯水会像接吻那样，相互连接在空中形成一座“水桥”。由于很有趣，这个现象被演示和研究了100多年，但直到现在科学家还是无法给出合理的解释。
这个实验具体是这样做的：向两个非常干净的100毫升的烧杯中倒入纯净的水，直到水位距离烧杯口3毫米的地方为止。注意，倒入的水必须不含矿物质等盐类， pH值等于7。两只烧杯放在绝缘的桌子上，最好桌子上铺一块橡胶，以保证两个烧杯底之间绝缘。把两个烧杯口对口接触后，给它们分别插入正负极，然后接上高达15千伏的直流电。奇观出现了，只见接正极的烧杯内的水自动沿着烧杯壁爬升，爬过烧杯口后，流入接负极的烧杯中。如果用绝缘工具让原本相互接触的烧杯口离开一小段距离，这时的水并没有断开，而是在两个烧杯之间则形成了一缕水流组成的“水桥”。这缕水流有1到3毫米粗。如果把电压增高到25千伏，烧杯口之间的距离可以相距2.5厘米，也就是水桥可以达到2.5厘米长，悬挂在两个烧杯口之间，非常“壮观”。如果一直通电，两个烧杯里的水可以这样“接吻”达45分钟之久。但是如果时间过长，水桥就会断开，因为这个过程水温会从20℃升高到60℃，由于水太热了，容易蒸发，水桥也就断开了。如果把电压降低到一定程度，或者两杯之间的距离过大，水桥也会断开，中间的水会滴落下来，两个烧杯水面又会恢复成水平状态。另外，如果实验采用的不是纯水，也不会出现这种现象。
两个烧杯中的水为什么会互相连接呢？科学家猜测，两个烧杯里的水通电后，高压直流电可能通过水桥串成了一个回路。可能是这超过万伏的高压电场让与正极接触的水带正电荷，与负极接触的水带负电荷，带不同电荷的水会相互吸引，一部分水就会克服重力，向上爬升，最后相互连在了一起。如图。

如图。