據(jù)歐洲核子研究中心(CERN)網(wǎng)站3月31日?qǐng)?bào)道，該機(jī)構(gòu)的ALPHA合作組在最新一期《自然》雜志撰文稱，研究人員首次用激光冷卻技術(shù)成功冷卻了反氫原子，為更精確測(cè)量反氫內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在引力作用下的行為奠定了基礎(chǔ)。
ALPHA合作組發(fā)言人杰弗里·漢斯特表示，將這些測(cè)量結(jié)果與氫原子比較，可以揭示物質(zhì)原子和反物質(zhì)原子之間的差異。這種差異如果存在的話，有助于解釋為什么宇宙只由物質(zhì)組成——所謂的物質(zhì)—反物質(zhì)不對(duì)稱。此外，能用激光冷卻反氫原子將改變光譜學(xué)和引力測(cè)量領(lǐng)域的游戲規(guī)則，為反物質(zhì)研究帶來(lái)新視角，比如制造出反物質(zhì)分子等。
ALPHA合作組從CERN的反質(zhì)子減速器中提取了反質(zhì)子，與來(lái)自鈉-22的正電子結(jié)合，制造出了反氫原子，并將其置于磁阱中，防止它們與物質(zhì)接觸而湮滅。
漢斯特解釋說(shuō)，對(duì)反原子開(kāi)展光譜研究——測(cè)量其對(duì)電磁輻射(激光或微波)的反應(yīng)，使他們能以前所未有的精度測(cè)量反氫原子從最低能量狀態(tài)(1S)到更高能量狀態(tài)(2P)的躍遷，但這種光譜測(cè)量以及后續(xù)測(cè)量反氫原子在地球引力場(chǎng)中行為的精度受到其動(dòng)能(溫度)的限制，而這正是激光冷卻大顯身手的地方。
在這一技術(shù)中，反原子吸收激光光子，達(dá)到更高能量狀態(tài)，隨后又發(fā)射光子并自發(fā)地衰變回初始狀態(tài)。因?yàn)橄嗷プ饔萌Q于反原子的速度，且光子傳遞動(dòng)量，這種吸收—發(fā)射循環(huán)會(huì)將反原子冷卻到極低溫度。
在本研究中，ALPHA合作組通過(guò)使用頻率略低于兩種狀態(tài)之間躍遷頻率的脈沖激光，反復(fù)驅(qū)動(dòng)反氫原子從1S狀態(tài)到2P狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行冷卻。在照射被捕獲反原子數(shù)小時(shí)后，研究人員觀察到原子的中位動(dòng)能減少了10倍多，許多反氫原子的能量到達(dá)1微伏以下(溫度比絕對(duì)零度高約0.012℃)。
漢斯特說(shuō)：“我們演示了反氫原子的激光冷卻，這是CERN的反質(zhì)子減速器多年來(lái)反物質(zhì)研究和發(fā)展的一大成果，也是迄今我們做過(guò)的最困難的實(shí)驗(yàn)。”
總編輯圈點(diǎn)
宏觀尺度的宇宙洪荒，微觀尺度的原子世界，都蘊(yùn)含著人類迄今無(wú)法堪破的終極秘密。這兩個(gè)尺度無(wú)疑有著大量交匯——關(guān)于宇宙起源時(shí)正物質(zhì)和反物質(zhì)發(fā)生了什么，就是其中之一。可惜，當(dāng)前有關(guān)亞原子世界的最優(yōu)理論——粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型也無(wú)法給出答案。人類想要揭開(kāi)反物質(zhì)之謎，還有相當(dāng)漫長(zhǎng)的路要走，但在這一過(guò)程中的點(diǎn)滴進(jìn)步，亦能使人類在微觀和宏觀兩個(gè)層次上的認(rèn)識(shí)有跨越式提升。
