歐洲核子研究中心科學家首次成功將反物質激光冷卻

斯旺西大學的物理學家作為歐洲核子研究中心ALPHA合作的主要成員,首次展示了激光冷卻反氫原子的過程。這一突破性成果產生了比以往更冷的反物質,並實現了一類全新的實驗,幫助科學家在未來了解更多關於反物質的知識。

歐洲核子研究中心科學家首次成功將反物質激光冷卻

在2021年3月31日發表在《自然》雜志上的一篇論文中談到,當原子從紫外線激光束中散射出光時,被困在磁瓶內的反氫原子的溫度就會降低,從而減緩原子的速度,並減少它們在瓶子中占據的空間,這兩個方面都是未來更詳細研究反物質特性的重要方面。

除了表明反氫原子的能量降低外,物理學家還發現冷原子能吸收或發射光的波長范圍縮小了,所以光譜線(或色帶)因運動減少而變窄。後一種效應特別值得關注,因為它將使光譜的測定更加精確,進而揭示反氫原子的內部結構。

反物質是粒子物理學最成功的量子力學模型中的重要組成部分。近一個世紀前,隨着帶正電荷的正電子的發現,反物質對應的帶負電荷的電子,它在實驗室中變得可用。當物質和反物質結合在一起時,就會發生湮滅,這是一種驚人的效應,其中原始粒子消失了。湮滅可以在實驗室中觀察到,甚至被用於醫療診斷技術,如正電子發射斷層掃描(PET)。然而,反物質帶來了一個難題,那就是在大爆炸中曾形成了等量的反物質和物質,但這種對稱性在今天並沒有得到保留,因為反物質似乎在可見的宇宙中幾乎不存在。

負責實驗運行的斯旺西大學的Niels Madsen教授說。”由於周圍沒有反氫,我們必須在歐洲核子研究中心的實驗室里製造它。現在我們還可以用激光冷卻反氫,並進行非常精確的光譜測量,所有這些都在一天之內完成,這是一個了不起的壯舉。僅僅在兩年前,光是光譜測量就需要十周的時間。我們的目標是研究我們的反氫的特性是否如對稱性所預期的那樣與普通氫的特性相匹配。無論多麼微小的差異,都可以幫助解釋圍繞反物質的一些深層問題。”

負責參與研究的光譜激光器的埃里克森教授說。”這一壯觀的結果將反氫研究提升到了一個新的水平,因為激光冷卻帶來的精度提高使我們與正常物質的實驗展開了競爭。這是一個很高的要求,因為我們與之比較的氫的光譜已經被測量到了十五位數的驚人精度。我們已經在升級我們的實驗以迎接挑戰!”

來源:cnBeta