反物质是目前科学领域最大的谜团之一。我们周围环境中的物质是正物质，由原子组成，而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。

新华社上海3月10日电  记者从中国科学院上海光机所获悉，该所强场激光物理国家重点实验室近日利用超强超短激光，成功产生反物质——超快正电子源，这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用。相关研究成果已于近日发表在《PHYSICS OF PLASMAS》杂志上（文章）。

每一种粒子都有一个与之相对的反粒子，1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了电子的反粒子，即正电子的存在。1936年，安德森因发现正电子而获得了该年度的诺贝尔物理奖。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。

长期以来，科学家们一直在探索“利用激光产生反物质”的有效方法，为了获得反物质——超快正电子源，上海光机所经历了长达15年的持续研究。

按照现行理论，宇宙大爆炸之初，产生了等量的正物质和反物质。但现实情况是，我们的世界由正物质组成，而反物质似乎莫名消失了，至少到现在仍然无法直接观测到它的存在。因此寻找和研究反物质也成为物理学领域的热点和难点。

中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家实验室研究员沈百飞介绍：本次实验利用飞秒拍瓦激光装置和高压气体靶相互作用（如下图所示），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”是获得反物质的“功臣”。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。

图：实验设置示意图

上海光机所早在2001年就开始超强超短产生正负电子对的理论研究，提出利用强激光和纳米薄膜靶相互作用产生正负电子对[PHYSICAL REVIEW E65 016405(2001)]。该工作在国际上得到了广泛关注，3篇发表在REVIEWS OF MODERN PHYSICS以及2篇发表在Plasma Phys. Rep的综述文章都介绍了这一工作，同时，有5篇发表在Phys. Rev. Lett.的论文引用了这一工作。

据了解，获得反物质超快正电子源将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来，在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域有应用前景，由于其脉宽只有飞秒量级，可使探测的时间分辨大大提高，进而研究物质性质的超快演化。

文章链接：

Ultrashort megaelectronvolt positron beam generation based on laser-accelerated electrons

沈百飞研究员简介：

中国科学院上海光机所研究员，Email：bfshen@mail.shcnc.ac.cn

个人主页：http://sourcedb.siom.cas.cn/zw/rck/2

研究领域：

主要从事强激光与等离子体相互作用、激光核聚变、激光加速电子和离子、X射线激光等方面的研究

主要从事强激光与等离子体相互作用、激光核聚变、激光加速电子和离子、X射线激光等方面的研究，发表SCI论文100多篇，其中包括PRL论文10篇，翻译出版《惯性聚变物理》一书，发表论文获得Rev. Mod. Phys 等重要综述性刊物上论文的大量引用及PRL等重要学术刊物的大量引用。负责过两个自然基金的重点项目、杰青项目、百人计划项目、863项目、973项目、国家重大专项项目等。曾获上海市科技启明星、启明星跟踪、德国洪堡奖学金、上海市优秀学科带头人、上海市引进海外高层次留学人员专项资金、中科院“百人计划”、财政部“引进国外杰出人才”择优支持、国家杰出青年基金等资助。获饶毓泰基础光学奖，中科院优秀导师，总装12五优秀个人等奖励等。现为上海光机所强场激光物理国家实验室副主任，博士生导师。

（资料来源：中科院上海光机所，e科编辑整理）

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