从“红火焰黑火焰”的太阳耀斑找到正电子

一次太阳耀斑爆发，点亮了宇宙学理论中的一个黑暗角落，科学家探测了太阳耀斑内的反物质粒子，找到了理解宇宙学中一个基本奥秘的线索。太阳耀斑内含有反物质粒子，科学家收集了太阳磁场和在太阳耀斑过程中释放的微波的观测数据，发现了反物质粒子存在的迹象。在第44届全美天文学会之太阳物理学分会的大会上，新泽西理工学院（NJIT）的格雷戈里 D·弗雷斯曼教授和他的两位同事共同宣布了一项研究成果。三名研究人员在太阳“超级实验室”收集了太阳耀斑的观测数据，从天体尺度上验证了宇宙学的一个奥秘，在物质和反物质之间存在令人疑惑不解的非对称性关系。

长期以来，科学家在超级加速器的实验室捕捉令人琢磨不透的反物质粒子，欧洲大型对撞机的启动程序复杂，运行费用高，高能粒子在相互碰撞中产生了反物质粒子，测定了反物质粒子的若干特性。通过粒子加速器发现反粒子的存在，观测反粒子的特性，这种实验方法既有优点，也有缺陷。弗雷斯曼和他的两位科学同事找到了独到的方法，他们通过远程方式首次检测了反物质粒子或正电子。在太阳发生耀斑时，正电子在加速的原子核的相互碰撞中产生，通过分析在太阳耀斑爆发时微波和磁场的观测数据，他们得到了正电子的物理特征信息。

科学家专门发射了太阳观测仪和太空飞船天文台，观测到了太阳耀斑内的正电子，虽然不是一项新的和令人欣喜的科学发现事件，但是科学团队第一次对太阳耀斑内的正电子进行了精确而直接的检测，他们的探测方法有深远的物理意义，通过观测和分析太阳和其它天体中的反物质粒子，科学家加深了对物质基本结构和作为高能物质的太阳耀斑的认识，通过射电望远镜的观测资料验证了反物质粒子的存在。太阳耀斑释放了高能粒子，“太阳风”对地球环境产生了周期性的影响，地面的电力和通讯设施可能受到大范围的破坏。

太阳耀斑对地面的电力和通讯设施造成了破坏性，但定期爆发的太阳耀斑可以成为科学家的“超级实验室”。反物质的神秘性是物理学和宇宙学中的一个基础性的奥秘，电子和它的反粒子——正电子具有同样的物理特性，但它们携带的电荷有极性之差，电子带有负电荷，正电子带有正电荷，就像它的名称显示的一样，正负电荷的差异性带来了一种现象，正电子按照相反的方向释放极化的射电辐射，科学团队通过射电辐射的反向性验证了正电子的存在。

对太阳耀斑的磁场方向进行判断，这对区分电子和正电子十分重要，NASA发射了太阳和太阳风层探测器（SOHO），日本的野边山射电日像仪或射电望远镜位于海拔1350米的野边山，单抛物面射电望远镜的直径为45米，观测的波长在1厘米到1毫米之间， 观测数据含有判断太阳耀斑磁场方向的信息。科学团队发现了耀斑射电波的极化现象，电子的数量多时，射电频率和电子的能量低，区域中的正电子效应小，理论预期与实际的观测保持一致。

但在射电频率和电子能量高的某些区域，物理的特征刚好反了过来，正电子占据了主导位置。新泽西理工学院（NJIT）之日地学研究中心的费雷斯曼和俄罗斯科学院的西伯利亚分院之日地物理学研究所的亚历山大T·阿尔提切夫、塔尼亚S·梅莎尔金娜进行了合作研究，《自然》杂志近期发表了题为“从太阳耀斑发现相对性的正电子”的论文，三位研究人员在蒙大拿州波兹曼市举办的第44届全美天文学会之太阳物理学分会的大会上介绍了太阳正电子的观测成果。

（编译：2021-7-11）

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