反物质谜团将揭开 激光照射反原子有新发现

伤我心太深

　　欧洲核子研究中心的科学家找到了一条揭开反物质之谜的新途径。他们让一道激光照射在反原子上，观察它们的反应与原子是否有所不同。这项研究为解决反物质之谜带来了一线希望。
　　虽然在宇宙大爆炸中产生的物质与反物质数量相同，今天的宇宙却主要由物质构成。目前，还没有理论能够解释为何会出现这样的现象。

　　反物质的制备和捕获极其困难，因为它们在接触到普通物质时便会瞬间湮灭。但利用特制的磁陷阱，欧洲核子研究中心反氢激光物理装置(ALPHA)项目的科学家成功对反氢原子的特性展开了研究。“我们想弄清的是，物质和反物质是否遵循相同的、由标准模型规定的物理法则。”项目发言人杰弗里·汉斯特教授介绍说，“我们用同一种‘颜色’的光线照射反氢原子和氢原子，观察它们的反应是否相同。到目前为止，答案都是肯定的。”这就是说，反氢原子的表现与普通氢原子没有任何区别，完全符合标准模型理论。


　　该团队希望今后能进一步提高测量的精确度。氢原子和反氢原子的特性哪怕有一点点微小的区别，都会打破基本物理法则，也许还能帮助我们理解宇宙中物质与反物质的失衡状态。


　　科学家利用激光造出全新量子物质形态

　　美国斯坦福大学宣布，他们用金属镝(dysprosium)造出世界上第一个双极量子费米子气体。量子气体是迄今人类已知的最冷物质，它们的黏度为零，是一种和超流液一样的超导体。几十年来，费米子的量子效应一直难以理解。但如果能造出一种量子费米子气体，那些通常只在纳米水平才能观察到的现象，就会变得明显可见。

　　研究中最大的两个困难是造出64纳开的极端低温和生成强相关量子气体。研究人员在坩埚中把粒子加热到约1300摄氏度，发射到强真空中，然后用世界上最强的持续波蓝激光致冷，将粒子冷却到千分之一绝对零度。再通过激光和蒸发冷却过程，最终让气体温度降到实验所需的64纳开。一般情况下，以这种方式制冷的物质只有2个或3个能级，而镝却有140多个。
　　他们还将激光制冷技术用于磁性气体，解决蒸发制冷过程中费米子不相关的问题，使得费米子间可相互碰撞，将高能粒子撞出系统。斯坦福大学应用物理学教授本杰明•列夫说，镝在周期表中是磁性最强的元素，这次所用的镝的一种费米子同位素，其磁能量比以前的冷却气体要大440倍。镝原子间超强的双磁极作用使其能通过远程碰撞而冷却到临界温度。
　　实现全固态蓝色激光光源的途径主要有四种，即直接发射蓝光的LD、LD倍频的蓝色光源、蓝色波导激光器和利用LD泵浦、并通过非线性光学手段获得的蓝色激光器。


　　用激光解开反物质之谜：理解宇宙中物质与反物质失衡状态


　　欧核中心的科学家们找到了一条揭开反物质之谜的新途径。物理学家让一道激光照射在反原子上,观察它们的反应与原子是否有所不同。这项研究为解决反物质之谜带来了一线希望。
　　虽然在宇宙大爆炸中产生的物质与反物质数量相同,但今天的宇宙却主要由物质构成。目前还没有理论能够解释为何会出现这样的现象。

　　反物质的制备和捕获极其困难,因为它们在接触到普通物质时便会瞬间湮灭。但利用特制的磁陷阱,欧核中心反氢激光物理装置(ALPHA)项目的科学家们成功对反氢原子(即氢原子的反物质形式)的特性展开了研究。

　　“我们想弄清的是,物质和反物质是否遵循相同的、由标准模型规定的物理法则。”ALPHA项目发言人杰弗里·汉斯特教授(Prof Jeffrey Hangst)表示。




　　ALPHA实验能够测量出反氢原子在频率经过了精确调整的激光照射下的反应。




　　科学家成功捕获了反氢原子,且将它们控制住的时间足够长,以便研究它们的特性。这是一次重大的科学突破。


　　宇宙大爆炸应该产生了数量相同的物质和反物质。


　　标准模型理论阐述了宇宙的基本组成和它们之间的各种基本力。“反物质在宇宙诞生之后就消失了,这一直是一个未解之谜,因此我们对反物质总是格外重视。”汉斯特教授补充道。ALPHA团队在实验报告中介绍了他们测量到的反氢原子在频率经过了精确调整的激光照射下的反应。

　　“我们用了同一种‘颜色’的光线照射反氢原子和氢原子,观察它们的反应是否相同。而到目前为止,答案都是肯定的。”汉斯特教授介绍道。该团队发现,反氢原子的表现与普通氢原子没有任何区别,完全符合标准模型理论。


　　“我们希望仔细研究一下和我们熟知的物质系统规模相当的反物质系统。氢是最基本的原子之一,有着约200年的研究历史,我们对它了解得一清二楚。因此,将反氢原子和氢原子进行比较真的很有意思。这就是我们项目的研究目标。”

　　该团队希望今后能进一步提高测量的精确度。“测量的精确度无论目前还是将来都非常关键。我们现在的精确度能达到10的负10次方,而我们希望将来能达到10的负15次方。”ALPHA项目发言人指出。

　　氢原子和反氢原子的特性哪怕有一点点微小的区别,都会打破基本物理法则,也许还能帮助我们理解宇宙中物质与反物质的失衡状态。该研究团队还想通过其它方法研究反物质。“我们正在打造一台新机器,利用它来研究引力,并观察如果你让一些反物质掉落下来、会发生什么现象。我们正需要做这样的实验。”
　　这台机器名叫ALPHA-g,预计将于2017年底之前建成,并于2018年投入使用。

　　在取得此次最新研究结果之前,ALPHA团队经历了多年的努力,如研发出用于操控超低温反质子和正电子(电子的反物质形式)的技术,捕获了反氢原子,以及探测出了可用于实验的、数量极少的反原子等等。