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接近絕對零度!史上最冷反物質(zhì)問世

2021-04-12 19:45吳玉
自然雜志 2021年3期
關(guān)鍵詞:反物質(zhì)正電子氫原子

近日,研究人員首次成功演示了反氫原子的激光冷卻,將樣品冷卻到了接近絕對零度。2021年3月31日,相關(guān)論文刊登于《自然》。該研究產(chǎn)生了比以往任何時候都更冷的反物質(zhì),并使一種全新的實驗成為可能,有助于科學(xué)家在未來更多地了解反物質(zhì)。

反物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)粒子的質(zhì)量相同,但電荷相反,而且反物質(zhì)和尋常物質(zhì)接觸時會湮滅,因此難以用常規(guī)方式創(chuàng)造并控制。反氫原子是由一個反質(zhì)子和一個正電子組成的,正電子相當(dāng)于電子的反物質(zhì)。

加拿大國家粒子加速器中心的Makoto Fujiwara團隊與合作者,在瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究組織粒子物理實驗室進(jìn)行了一項名為ALPHA-2的反氫捕獲實驗。他們在一個磁阱中創(chuàng)造了由約1 000個反氫原子組成的“云”。

該團隊開發(fā)了一種激光,它能以適當(dāng)?shù)牟ㄩL發(fā)射被稱為光子的光粒子,從而降低正在直接朝向激光移動的反原子的速度,并且是一點點地放慢它們的“步伐”。Fujiwara說:“這有點像我們向原子發(fā)射一個小球,這個小球非常小,所以在這次碰撞中減速也非常小,但我們重復(fù)了很多次,最終原子會減速?!?/p>

研究人員設(shè)法將反原子的速度降低到1/10以下。激光冷卻經(jīng)常被用來測量常規(guī)原子的能量躍遷——電子運動到不同能級。而對于冷卻的反氫原子,該團隊獲得的測量精度幾乎是未冷卻的反原子的3倍。

參與了該實驗的英國斯旺西大學(xué)教授Niels Madsen說:“這是一項了不起的成就。我們現(xiàn)在可以用激光冷卻反氫,并進(jìn)行非常精確的光譜測量,這一切都能在不到一天內(nèi)完成。兩年前,僅光譜分析就需要10周。我們的目標(biāo)是研究反氫的性質(zhì)是否與普通氫的對稱性相匹配。無論差異有多小,都可以幫助解釋反物質(zhì)的一些深層次問題?!?/p>

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