用激光解開反物質之謎：理解宇宙中物質與反物質失衡狀態

北京時間1月5日消息,據國外媒體報道,歐核中心的科學家們找到了一條揭開反物質之謎的新途徑。物理學家讓一道激光照射在反原子上,觀察它們的反應與原子是否有所不同。這項研究為解決反物質之謎帶來了一線希望。

雖然在宇宙大爆炸中產生的物質與反物質數量相同,但今天的宇宙卻主要由物質構成。目前還沒有理論能夠解釋為何會出現這樣的現象。

反物質的製備和捕獲極其困難,因為它們在接觸到普通物質時便會瞬間湮滅。但利用特製的磁陷阱,歐核中心反氫激光物理裝置(ALPHA)項目的科學家們成功對反氫原子(即氫原子的反物質形式)的特性展開了研究。

“我們想弄清的是,物質和反物質是否遵循相同的、由標準模型規定的物理法則。”ALPHA項目發言人傑弗裏·漢斯特教授(Prof Jeffrey Hangst)表示。

ALPHA實驗能夠測量出反氫原子在頻率經過了精確調整的激光照射下的反應。

科學家成功捕獲了反氫原子,且將它們控製住的時間足夠長,以便研究它們的特性。這是一次重大的科學突破。

宇宙大爆炸應該產生了數量相同的物質和反物質。

標準模型理論闡述了宇宙的基本組成和它們之間的各種基本力。“反物質在宇宙誕生之後就消失了,這一直是一個未解之謎,因此我們對反物質總是格外重視。”漢斯特教授補充道。ALPHA團隊在實驗報告中介紹了他們測量到的反氫原子在頻率經過了精確調整的激光照射下的反應。

“我們用了同一種‘顏色’的光線照射反氫原子和氫原子,觀察它們的反應是否相同。而到目前為止,答案都是肯定的。”漢斯特教授介紹道。該團隊發現,反氫原子的表現與普通氫原子沒有任何區別,完全符合標準模型理論。

“我們希望仔細研究一下和我們熟知的物質係統規模相當的反物質係統。氫是最基本的原子之一,有著約200年的研究曆史,我們對它了解得一清二楚。因此,將反氫原子和氫原子進行比較真的很有意思。這就是我們項目的研究目標。”

該團隊希望今後能進一步提高測量的精確度。“測量的精確度無論目前還是將來都非常關鍵。我們現在的精確度能達到10的負10次方,而我們希望將來能達到10的負15次方。”ALPHA項目發言人指出。

氫原子和反氫原子的特性哪怕有一點點微小的區別,都會打破基本物理法則,也許還能幫助我們理解宇宙中物質與反物質的失衡狀態。該研究團隊還想通過其它方法研究反物質。“我們正在打造一台新機器,利用它來研究引力,並觀察如果你讓一些反物質掉落下來、會發生什麽現象。我們正需要做這樣的實驗。”

這台機器名叫ALPHA-g,預計將於2017年底之前建成,並於2018年投入使用。

在取得此次最新研究結果之前,ALPHA團隊經曆了多年的努力,如研發出用於操控超低溫反質子和正電子(電子的反物質形式)的技術,捕獲了反氫原子,以及探測出了可用於實驗的、數量極少的反原子等等。

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