記者楊舒從中國科學院上海光學精密機械研究所獲悉，該所強場激光物理國家重點實驗室近日在國內首次成功利用超強超短激光產生一種反物質——超快正電子源，這一發現未來將在材料的無損探測、激光驅動正負電子對撞機、癌癥診斷技術研發等領域得到重大應用。相關研究成果已于近日發表在國際學術期刊《等離子體物理》上。
“反物質”這一物理學概念由英國科學家狄拉克于1928年根據推測得出，1933年他因此獲得諾貝爾物理學獎。物理學家認為，我們周圍環境中的物質是正物質，它由原子組成，原子由帶正電的質子和帶負電的電子以及中性的中子組成。然而，每一種粒子都有一個與之相對的“反粒子”，由帶負電的反質子和帶正電的正電子組成的物質就是反物質。反物質研究在高能物理、宇宙演化等方面屬于理論前沿，同時也具有重要應用價值，比如，正電子斷層掃描成像PET－CT在癌癥診斷等方面已在國內廣泛應用。
理論認為，反物質只要和正物質相遇就會湮滅，因此難以產生和保存，目前科學家很難在宇宙中找到反物質，轉而在實驗室的極端條件下嘗試獲取，這也成為物理學領域的熱點和難點。1932年，由美國物理學家卡爾·安德森通過對宇宙射線的磁場偏轉和轟擊在實驗中證實了電子的反粒子，即正電子的存在。隨后，科學家們又發現了負質子和反中子等多種反物質。為了獲得更高質量的正電子源，長期以來，中外科學家們一直在探索“利用激光產生反物質”的有效方法，為了利用激光獲得反物質——超快正電子源，上海光機所經歷了長達15年的持續研究。
強場激光物理國家重點實驗室研究員沈百飛介紹，此次反物質的獲得經歷了一個相對復雜的過程和優化：首先將飛秒拍瓦激光裝置與高壓氣體靶進行相互作用，產生大量高能電子；高能電子再和高原子序數材料靶（如銅、金）相互作用，產生高強度伽馬射線；伽馬射線再和高原子序數原子核作用產生正負電子對。
“ 正電子譜儀”是獲得反物質的“功臣”。沈百飛表示，經過特殊設計的正電子譜儀，成功解決了伽馬射線帶來的噪聲問題，利用正負電子在磁場中的不同偏轉特性，最終成功觀測到了正電子。
據了解，獲得反物質超快正電子源將對激光驅動正負電子對撞機等具有重要意義。未來，在高能物理、材料無損探測、癌癥診斷技術研發領域有應用前景，由于其脈寬只有飛秒量級，可使探測的時間分辨大大提高，有望獲得更高分辨率的正電子成像，進而研究物質性質的超快演化。
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