作者：DR. ALFREDO CARPINETI
编译：K
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反一氧化二氮的生产并非笑谈。
根据我们已知的物理定律，宇宙的存在有些奇特。问题在于，物质，即构成我们所见的一切事物，从星系到驴子，都有一个孪生兄弟，称为反物质。它们具有相同的质量，但电荷相反。当物质和反物质相互作用时，它们会湮灭并转化为纯能量。据我们所了解，物质和反物质是完全相同的，但在大爆炸之后某些因素使得物质更加占优势。
因此，宇宙中富含物质而只剩下少量由核反应和高能相互作用产生的反物质。宇宙是由物质而非反物质构成的，这是物理学中一个仍未解决的重大问题，全世界正在进行研究。
那么，什么是反物质呢？
基本粒子甚至核粒子都无法在我们日常生活中体验到，它们太微小，无法被感知，但我们对它们的概念却非常熟悉。以电子为例，它是电流通过电路的粒子，在原子核中游荡。我们方便地假设它的电荷为-1。
物理学家保罗·狄拉克于1929年提出的量子理论认为，存在着两种电子，一个带正电荷，一个带负电荷。罗伯特·奥本海默和赫尔曼·韦尔使狄拉克相信，带正电荷的电子是真正的粒子。卡尔·戴维·安德森于1932年发现了正电子（尽管在此之前许多其他物理学家就已经观察到了这些相互作用），并将其称为正电子。
任何带电的基本粒子都有其对应的反粒子。即使是不带电荷的中性粒子，也可能存在相应的反物质版本，只是由于某些量子特性而略有不同。因此，构成质子的每个夸克都有构成反质子的反夸克。将一个反质子和一个正电子放在一起，就得到了反氢。
那么，反物质有多常见呢？
自宇宙大爆炸以来的瞬间，反物质就变得非常罕见。但这并不意味着自然界中根本没有反物质存在。宇宙射线是来自宇宙空间的带电粒子流，其中包含正电子和反质子（甚至可能还有其他更复杂的反粒子），但这些粒子只占总流量的极小部分，远小于1%。
正电子和反中微子是在某些放射性衰变中产生的。正电子也会在某些雷击中释放出来，而反质子则是在围绕地球的辐射带（例如范艾伦辐射带）中被发现的。与可见物质相比，反物质只是微乎其微。与普通物质的任何相互作用都会导致反物质湮灭，并释放出相当大的能量，这使得它成为太空旅行中一个具有趣味性的方式。
利用反物质进行太空旅行
关于反物质推进器的提议可以追溯到1999年美国国家航空航天局的研究。这个想法是让质子与反质子碰撞，碰撞会产生伽马射线、高能光以及其他粒子。我们的理念是将这些新粒子引导出来产生推力，而且是大量的推力。据估计，这种引擎的比冲（衡量效率的标准）将比航天飞机高出200多倍，甚至可能高出2000多倍。
它并不像《星际迷航》中的科幻引擎那样扭曲时空，而是仍然遵循着“每个作用都有一个相等且相反的反应”的原理。只不过在这种情况下，作用非常巨大，足以大大缩短太阳系内的旅行时间。既然这个引擎如此有前途，为什么我们还没有建造它呢？在制造出工作原型之前，还有许多问题需要解决。
反物质的成本
由于反物质在与物质接触时会消失，因此很难对其进行控制。欧洲核子研究中心（CERN）在2011年创造了将反氢封存约17分钟的纪录。这只是为了研究其特性而进行的封存，并没有更高级别的封存。此外，捕获的反物质量很小，只有309个原子。
生产反物质非常困难，因此它被认为是迄今为止最昂贵的物质。美国国家航空航天局对反物质推进器进行了估算，根据他们的估算，生产十亿分之一克反物质的成本约为62500美元。欧洲核子研究中心在2008年估计，实际生产十亿分之一克反物质的成本相当于数亿美元。当然，如果有专门的设施用于生产反物质，成本将会降低，但目前这仍属于高度专业化和复杂的实验范畴。
资料来源：
https://www.iflscience.com/what-is-antimatter-and-how-could-we-use-it-to-travel-in-space-70719
作者：DR. ALFREDO CARPINETI
Alfredo拥有星系演化天体物理学博士学位和量子场与基本力硕士学位。
