一些物理学家发现，煙灭并非是物质-反物质结合的全部。最近，在理论研究和实验的最前沿，出现了惊人的新闻，即它们能以某种方式共存，从而为我们开辟了一个意想不到的科学新领域——一种全新的化学。实际上，反物质出于保罗 · 狄拉克（Paul Dirac）的预言（1928年），4年后为人们所发现。但直至今天，其性质还未彻底被发掘出来。在物质-反物质的联合中煙灭并非是其唯一的结果。

狄拉克从理论上预言了正电子的存在

为何有的煙灭如此之快？

这个突破来自物理学家对反物质的一个长期困惑的探索，即为何有时煙灭来得如此之快。

早在1963年，实验者就注意到，煙灭有时要比弱电理论预言的快上几万倍。

苏尔科（Surko）是加利福尼亚大学的一位物理学家，也是一位研究反物质的大师。1987年，他用一个离子装置（高度真空）测试正电子在煙灭前能存在多久。他利用电磁场，使正电子在空间的时间尽可能地长久，直至它们碰上一些物质（因真空非绝对真空）。但结果是，“我期望正电子的寿命能超过一分钟，实际上只做到3/10秒钟”，他说。

苏尔科一直处在研究这一问题的前沿。他利用放射性衰变的设备，并把它对准靶分子以产生正电子，同时通过电场加速正电子以形成一条射束，而且可调节其能量。

一般认为，一个原子或分子与反物质煙灭的速度（2eff寿夫值）与其含有的电子数有关。但肖可的实验表明，情况并非如此。不同的分子，它们的寿夫值有很大差异。例如，一些有机分子（如蒽、癸二酸等）的寿夫值高达1000万，而它们仅含几百个电子。

1992年前后，几乎在苏尔科开始研究这些现象的同时，英国物理学家格拉柏金（Gribakin）也在澳大利亚的新南威尔士大学展开了物质反物质相互作用的研究。他利用弱电理论研究电子和正电子的煙灭，很快找到了可能的要害所在，格拉柏金指出：它们必须迎头碰撞。但若正电子未确切地对准电子，那么又将怎样呢？一个正电子的正电荷，与一个近旁飞过的分子中的电子是否能联合，还是会错失良机呢？

物质-反物质杂交体

早在1951年，麻省理工学院的物理学家马丁 · 多伊奇（Martin Devtsch）就发现，正电子可能跟电子联合，形成一个中性的类原子系统，称正电子素，其寿命为100纳秒。当时人们认为，是带负电荷的电子和带正电荷的正电子之相互吸引组成了正电子素。这似也说得通。故格拉柏金猜测，一正电子也可能与一粒子联合起来，即使没有净负电荷。例如，若正电子撞人中性原子的核周围的电子云，这就可能使正电子与原子形成一个束缚态。

在这种情况下，正电子并未与电子迎头碰撞而煙灭只是在它们将要碰撞的瞬间形成了一个物质-反物质的杂交体。最终，粒子间的吸引力，将造成它们的碰撞而煙灭，而杂交体也就此衰变。1997年，格拉柏金就此提出了一个模型以作描述，并寄给《物理研究通讯》，但当时并未刊出。格拉柏金现在感到，他当时提出的概念过于模糊。“一位审稿者说，物理界不相信在中性原子中会出现束缚态。”

同一年，其他人独立地研究了反物质煙灭，并在《物理研究通讯》上发表了他们的论文。澳大利亚达尔文大学的吉姆 · 迈特罗（jim Mitrorv）和格雷戈里 · 赖茨克（Gregory Ryzhikh）表明，一正电子与一锂原子相互作用，将形成一个稳定的杂交体。

他们还预言，正电子在击中锂原子中的任一电子后，即形成原子-正电子杂交体，其寿命为1纳秒，此时其行为犹如一种新型化合物。在原子尺度上，对正电子来说，1纳秒已不算短，足够它在杂交体内作许多次旋转，并与其他原子作各种相互作用。而最重要的，是由此涌现出了一门反物质化学学科。

这些研究导致物理学家在对反物质的观察上，引入了一种全新的方法，迈特罗进而预言，10个不同的原子可与一个正电子相组合。虽然没有人在实验上，发现迈特罗预言的这种物质-反物质化合物，也没有人找到一种方法以验证它的存在。但仅此计算，就足以使物理学家相信，物质-反物质杂交体的存在。

这确是一大进展，但仍不足以驱散苏尔科（实验）结果带来的困惑。迈特罗的计算只适用于原子，他无法解释为何正电子那么易于与大分子煙灭。进一步的研究来自格拉柏金，2000年他通过研究表明，正电子更乐于与某些分子组合。

当一正电子与一电子煙灭时，它必须与电子靠得很近，并释放其相对运动的一些能量。在原子水平上，能量不会跑掉，但它必须释放到某个地方，而分子正好拥有这样的地方，在那里可沉积这个额外的能量。当一正电子击一分子时，其能量转变成分子的振动。一个大分子具有多种不同的振动方法，故应有一个人射正电子的宽阔能量范围，以供它积累。

格拉柏金将它的思想转变为一个模型，它能预言在正电子不同的入射能量条件下，不同的分子应给出不同的煙灭率。

遗憾的是，在这个谜底最终揭开之前，格拉柏金去世了。但如今，格拉柏金模型所产生的预言已在苏尔科的实验中得到证实。例如，苏尔科发现，若具有约0.3 eV能量的正电子击中丁烷分子，则其煙灭特别快。因为0.3 eV十分接近于丁烷的一个振必威在线网站首页网址 的能量。苏尔科还发现，若用氟原子替代丁烷中的氢（原子），将使正电子的煙灭率大大下降。而这正是格拉柏金模型所预言的。这是因为氢原子的键很松散，不易贴近正电子，而氟原子则不然，它能自由地抓住正电子，从而形成一个束缚态。

反物质化学：一种全新的化学

苏尔科目前正在调整正电子束的能量，以创造和探测许多不同种类的物质-反物质化合物。在这些化合物中，正电子回避了泡利不相容原理（此原理认为，根据量子力学的定律，两个粒子永远不能分享同一量子态，因此，绝不可能在通常的原子中找到一个具有多种化学特性的原子）。因泡利原理虽然限制了在一般原子中占有每个能级的电子的数目，但却并不阻止正电子去占有电子已占有的量子态。而原子的化学特性是由电子的排列决定的，这样，正电子就打开了一个全新的系统。

马奎特大学的化学家戴夫 · 施拉德（Dave Schrader）目前正在研究一种以把反物质化学付诸实施的方法。他说，“若你把一正电子与一普通分子相结合，那么它即煙灭，并将以一种可计算的方法去干扰分子，这便给我们提供了一条用其他方法产生不了东西的捷径”。其实这样的产物早就存在于空间，例如，在我们银河系，已知就含有某种反物质源，并可能具有在地球上决不能看到的化学反应。在宇宙中确有许多化学类型，要比我们迄今所知的多得多。物理学家尼莱 · 拉里切埃（Nella Laricchia）指出，“可用一正电子把一分子分裂成许多碎片，而电子却做不到这点。这在化学制造上可能是一种十分有用的手段，正电子可被作为一把剪裁分子的剪刀。”

而新型化学并不止于正电子。在日内瓦的欧洲核子研究中心（CERN），物理学家已制造出几千颗反氢原子，即一正电子绕着反质子的组合。一些科学家最近的计算指出，一氢原子可与一反氢原子形成的一个分子。在原理上，这种混合分子比一般分子（一对氢原子）更易组成。一般而言，两个相同原子的接近是被禁阻的，以此避免它们可能进入同一量子态的位形的；但氢与反氢原子的组合，却不回避这些位形。CERN的研究者希望，他们最终将尝试这种混合分子的生产。

理论物理学家预言，正电子和电子的混合物，可能以一种全新的途径，与其他原子中的电子相互作用，从而开辟一个全新的化学领域。这种化学甚至将导致产生一种可调整分子的万用工具。这是一种全新的化学，并不像我们已知的那种化学。