2016年3月，国际学术期刊《等离子体物理》上发表了一项重要的研究成果：中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室利用超强超短激光，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、癌症诊断等领域产生重大的应用价值。
反物质的“前世今生”
此次，我国科学家首次成功获得反物质引起了科学界的巨大反响。那么，究竟什么是反物质？反物质的发现经历了怎样的历程？
科学界普遍认为，宇宙起源于大爆炸，之后逐渐演化、发展、膨胀，直至今天的物质世界。科学家们认为，在大爆炸的初期，物质与反物质几乎是对称存在的。
但是，为什么自然界中充满肉眼可见的普通正物质，但却看不到反物质呢？反物质是否真的存在？存在的形式又是怎样？这一直是现代物理学研究的基本问题之一。
事实上，“反物质”这一概念是由英国物理学家狄拉克于1931年因为狄拉克方程负能解问题而首次提出。
随后，1932年，美国物理学家安德森在宇宙射线中发现正电子的存在，1936年还因此获得了该年度的诺贝尔物理学奖。
后来，其它基本粒子的反粒子也相继被发现：1955年塞格雷和张伯伦通过伯克利的同步稳相加速器把质子加速后打到铜靶上而发现了反质子；1956年考克等人利用反质子轰击质子，在湮没过程中观察到了中子和反中子。众多的诺贝尔奖工作成果让反物质的概念开始更加深入人心。
简单来说，反物质就是正常物质的镜像，它是相对于物质存在的，正常原子是由带正电荷的原子核构成，核外则是带负电荷的电子。但是，反物质的构成却完全相反，它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。
爱因斯坦也曾预言过反物质的存在。按照物理学家的假想，宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质，而两者一旦接触便会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。
然而，出于某种原因，当今世界主要由物质构成，反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难，是物理学界所面临的一大挑战。
在此次中科院上海光机所成功获得反物质之前，国内在反物质领域的研究就已经取得了国际性的进展，中国科学院上海应用物理研究所马余刚等就曾连续取得两项国际首次，即首次发现超氚核和反氦4，是迄今为止科学家发现的第一个反超核粒子和最重的反物质核。
除了许多定性的观测——探测到多种粒子对应的反粒子外，研究人员也开始着手对反物质进行定量研究。
2015年，中科院上海应物所马余刚与美国布鲁克海文实验室研究员唐爱洪领衔的STAR合作组的中外科学家，利用金原子核—金核碰撞中产生的丰富的反质子，测量了反质子—反质子动量关联函数，并首次定量地提取出反质子—反质子的有效力程和散射振幅这两个基本作用参数。研究表明，在实验精度内，反物质间的相互作用与正物质并没有差别。
可以说，这次对反物质间相互作用的首次定量测量开启了反物质研究的新篇章，即从定性观测到定量相互作用研究的跨越，对人们理解反物质的形成机制起到了关键的作用。
反物质，快快现身
此次反物质的获得可谓经历了一个相对复杂的过程和优化，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，最终成功观测到正电子。
在研究中，中科院上海光机所研究人员利用飞秒拍瓦激光装置和高压气体靶相互作用，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。
在让反物质——超快正电子源现身的过程中，正电子谱仪是不折不扣的“功臣”。
经过精心设计的正电子谱仪，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可以成功观测到正电子。
时至今日，人们发现和制造的反物质粒子虽然不多，但像正电子这样的反物质已经不足为奇了。虽然现在还不能像科幻小说里所描述的那样制造和存储大量反物质，但在较小规模上，反物质已经得到了应用。比如，在不少医院里使用的正电子发射计算机断层显像（PET）设备，正是用正电子来生成身体的高清图像。
当然，反物质的应用绝不止于此。据科研人员介绍，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，其在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域都具有应用前景，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。■