原子核包含了原子的大部分质量，它是由质子和中子构成的。在原子核外，还有质量更小的电子。电子对我们很重要，因为它们是电子科技的主角。每个电子都带一个负电荷，刚好可以被质子的正电荷中和。自然界中还存在其他几种粒子，但我们只有在高能物理实验中才能观测到它们。构成普通物质的所有粒子都可以归为两类，一类是重子，比如质子和中子；另一类是轻子，比如电子。
这看起来有点复杂，但是假如没有守恒定律的话，还会更加复杂。守恒定律为本来一团乱麻的粒子物理带来了秩序。当粒子相互作用的时候——比如在欧洲核子中心的高能加速器里面，有一些量总是不变的。能量和电荷就是这样的量。同时，重子数和轻子数也是守恒的。
质子的重子数是+1，电荷是+1。理论预言它的“反粒子”会有一样的能量，但是重子数和电荷数都是-1。这种粒子叫做反质子。同样，电子也有反粒子，叫做正电子，电荷数是+1，轻子数是-1。
那么，当质子和反质子相遇时，会发生什么呢？你可能已经知道答案了，这是反物质最著名的性质。正负重子数、正负电荷以及其他守恒量会彼此相消，只有能量会留下来。能量也是守恒的，但是两种粒子的能量是相同的，而不是相反的。所以正负质子会消失，而它们的能量会以伽马射线的形式释放出来。咖马射线和光一样，也是一种电磁波，但是能量更高、波长极短。这一过程叫做“湮灭”，是我们所知唯一一种能将质量完全转变为能量的过程。
这一过程是可逆的，只要有足够高的能量，正反物质对就可以凭空产生。对于质量较大的质子和反质子，这种粒子对产生过程只会出现在高能加速器或者特殊的天体物理学过程中。但正负电子对的产生更加常见，地球上的某种天然放射性衰变中就会出现这种现象。用“常见”描述这一过程很合适，我们稍后就会看到，即使是平淡无奇的香蕉也可以产生正电子。但是，这种过程产生的反物质只能存在一瞬间，几乎在诞生的那一刻，它就会遇到正常物质，然后消失于一道伽马射线闪光中。
物质原子有时也会产生反物质粒子。这些反物质主要的来源是放射性同位素，这类原子内的中子要么太多，要么太少，不能保持稳定。一些日常生活中常见的物质就包含有少量的放射性同位素，它们会衰变成更稳定的元素，同时发射出高能粒子。通常这些粒子是物质，比如贝塔衰变发出的电子，但是有的同位素会发生“贝塔+”衰变，产生正电子。这些正电子会瞬间与电子相撞，湮灭并放出伽马射线。但这一过程并没有听起来那么剧烈。因为以日常生活的标准来看，一个粒子的能量微不足道，否则你身体里释放正电子的同位素就会对你不利了。这类同位素中最常见的是钾-40，自然界每一万个钾原子里就会有一个钾-40。它通常会发生正常的贝塔衰变，但是有0.001%的概率会产生正电子。
在欧洲核子研究中心（CERN）和类似的实验室中，“正反粒子对很容易在加速器中产生。加速器中粒子极高的速度意味着极高的碰撞能量，足以产生粒子对。但这样得到的反物质粒子寿命很短，很快就会和周围的物质湮灭。CEN有个全世界独一无二的“反物质工厂”，任务就是产生寿命足够长、可用来研究的反物质。
要达到这一目的，有两点至关重要。第一，要让反物质粒子减速。这一过程需要的是减速器而不是加速器。第二，要把反物质粒子储存起来以供研究。这并不简单，因为反物质和物质相遇就会湮灭。解决这个问题的方法就是用强磁场束缚反物质粒子，在磁场中，科学家甚至可以把一个正电子和一个反质子组合到一起，制成一个反氢原子。
CERN有世界上唯一一家反物质工厂，但制造反物质粒子还有很多其他的途径。有些轰击地球的高速粒子是星际空间的粒子碰撞过程中产生的反质子。这些粒子进入大气层之后会与大气中的原子发生更多的碰撞，产生更多的反物质粒子。香蕉中富含钾元素，其中有0.01%是可以释放正电子的钾-40。每根香蕉平均一天会释放20个正电子。2011年美国航空航天局发现地球上的暴风雨中产生了反物质粒子。这是因为闪电可以产生高能伽马射线，进而产生反物质。核爆炸现在已经很少见了，这对人类来说是件幸事。但在20世纪50年代氢弹刚发明时，核爆炸试验产生的伽马射线生成了很多正负电子对。把反射性同位素注射到人体中，它们产生的正电子会遇到电子而湮灭，并放出伽马射线。用仪器探测这些伽马射线，就可以扫描人体内部情况。
反物质还有很多的谜题亟待解开。如尽管物质和反物质在性质上完美对称，但是宇宙中的物质比反物质多得多。这就是个科学家一直在努力钻研的宇宙谜题。正反物质湮灭是已知唯一能将质量以100%的效率转变为能量的过程。而即便是最高效的核爆炸，效率都很难超过10%。
（选自《正反物质大对决》，安德鲁·梅文\刘博尧译）
1．下列对材料相关内容的理解和分析，正确的一项是（ ）
A．反物质虽然听起来像是科幻小说中的概念，但按照我们对亚原子粒子的认识，它是真实存在的。
B．构成普通物质的所有粒子都可以分为重子和轻子，质子和中子是重子，轻子就是电子。
C．粒子物理的秩序就是守恒定律，粒子相互作用，能量和电荷的量不变，重子数和轻子数也守恒。
D．只要在高能加速器或者特殊的天体物理学过程中，就一定会出现质量较大的质子和反质子。
2．下列对材料相关内容的概括和分析，不正确的一项是（ ）
A．构成的原子核的质子和中子包含了原子的大部分质量，相对于质量更小的电子，它们被称为重子。
B．根据守恒定律推断，质子的重子数是+1，电荷是+1，那么它的“反粒子”的重子数和电荷数都是1。
C．伽马射线是“湮灭”的能量释放形式，它和光一样都是电磁波，但是能量更高，波长更短。
D．钾-40是放射性同位素，它通常会发生“贝塔+”衰变产生正电子，成为反物质的主要来源。
3．根据材料内容，下列说法不正确的一项（ ）
A．用强磁场束缚反物质粒子，把一个正电子和一个反质子组合制成一个反氢原子，是解决反物质粒子的减速和储存问题的方法。
B．同位素发生“贝塔+”衰变产生的正电子会瞬间与电子相撞，发生湮灭并释放出伽马射线，但这个过程并不剧烈。
C．2011年美国航空航天局发现，闪电产生高能伽马射线进而产生反物质，也许可以成为“湮灭”过程是可逆的证据。
D．物质和反物质在性质上完美对称，但宇宙中的物质比反物质多得多，这也许是反物质几乎在诞生的同时，就会发生“湮灭”的原因之一。
4．请根据材料给“湮灭”下定义。
5．电视剧《星际迷航》让反物质发动机的构想变得家喻户晓。请根据材料总结反物质发动机的构想理论上可行的依据。
答
1．A ．本题考查学生对文章内容的理解和分析的能力。
B. “质子和中子是重子，轻子就是电子”错误，曲解文意。由原文“构成普通物质的所有粒子都可以归为两类，一类是重子，比如质子和中子；另一类是轻子，比如电子”可知，原文说的是“一类是重子，比如质子和中子；另一类是轻子，比如电子”，并不是“质子和中子是重子，轻子就是电子”。
C.“粒子物理的秩序就是守恒定律” 错误，曲解文意。由原文“守恒定律为本来一团乱麻的粒子物理带来了秩序。当粒子相互作用的时候——比如在欧洲核子中心的高能加速器里面，有一些量总是不变的。能量和电荷就是这样的量。同时，重子数和轻子数也是守恒的”可知，原文说的是“守恒定律为本来一团乱麻的粒子物理带来了秩序”，而不是“粒子物理的秩序就是守恒定律”。
D.“就一定会……”错误，说法过于绝对。由原文“对于质量较大的质子和反质子，这种粒子对产生过程只会出现在高能加速器或者特殊的天体物理学过程中”可知，原文说的是“只会出现”，并不代表“就一定会”出现。
故选A。
2．B .“那么它的‘反粒子’的重子数和电荷数都是1”错误。由原文“理论预言它的‘反粒子’会有一样的能量，但是重子数和电荷数都是-1。这种粒子叫做反质子”可知，“反粒子”的重子数和电荷数都是-1。
3．D .“这也许是反物质几乎在诞生的同时，就会发生‘湮灭’的原因之一”错误，强加因果。由原文“但是，这种过程产生的反物质只能存在一瞬间，几乎在诞生的那一刻，它就会遇到正常物质，然后消失于一道伽马射线闪光中”“如尽管物质和反物质在性质上完美对称，但是宇宙中的物质比反物质多得多。这就是个科学家一直在努力钻研的宇宙谜题。正反物质湮灭是已知唯一能将质量以100%的效率转变为能量的过程。而即便是最高效的核爆炸，效率都很难超过10%”可知，原文没有说“宇宙中的物质比反物质多得多”是反物质几乎在诞生的同时就会发生“湮灭”的原因之一。
故选D。
4．湮灭是指质子和反质子相遇时正负重子数、正负电荷以及其他守恒量彼此相消而它们的能量以伽马射线的形式释放出来的一种能将质量完全转变为能量的过程。
5．①反物质真实存在，存在和构成普通物质的基本粒子质量相等但电荷相反的基本粒子，并有由这样的基本粒子构成的反物质。
②反物质有一些性质，可以释放出巨大的能量，仅仅1克反物质和物质接触就会产生像原子弹一样的剧烈爆炸，可以减轻重量。
③正负电子对的产生更加常见，地球上的某种天然放射性衰变中就会出现这种现象。
④制造反物质粒子还有很多其他的途径。
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