測量稀有反物質 研究首次用激光冷卻新方法

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【大紀元2021年06月12日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)現有理論認為這個宇宙應該是由等量的正物質和反物質構成的,可是觀測結果顯示這個世界幾乎完全由正物質構成。這是現代物理學無法解釋的幾大難題之一。要解開這個謎題,科學家需要先造出反物質,仔細測量比較它們和正物質特性的差別。

可是反物質太難造了,需要耗費很大的能量才能造出,而且不穩定。它們一旦觸碰到周圍的任何正物質,立即湮滅消逝。

現在一組科學家發明了一套製造反物質的方法,特別還採用激光將它們困在真空環境內足夠長的時間,讓研究人員可以對其進行各種測量。研究者表示這樣的技術是研究反物質道路上邁出的一大步。

正物質由原子構成,反物質由反原子構成。科學家知道最容易製造的是反氫原子,由一個反電子(也叫正電子,帶正電的電子)繞著一個反質子核構成,是宇宙中結構最簡單的反物質。

研究人員先用粒子對撞機造出反質子。研究稱,需要100萬個質子和至少2600萬倍最後儲存在反質子內的能量,才能造出一個合用的反質子。

同時,研究人員發現可以從放射性材料中獲得正電子,相對來說算是容易。兩部分主要材料備齊以後,研究人員需要將它們結合成反氫原子。

這份研究把反質子和正電子放在一個真空的電磁場內使它們結合。研究稱,真空的環境是為保護生成的反氫原子不要碰到任何正物質而湮滅;電磁場能夠把反氫原子定在真空內。

至此,研究人員得到了一個可以對其進行仔細測量的反氫原子。但是還有一個局限性:由於粒子的動能導致它的移動,這降低了測量的精確度。

這份研究首次發明一個方法:用激光照射這個反原子將其穩住。研究解釋說,激光由光子構成,光子自身也帶有一定動能。只要找准反原子移動的方向,使它正好迎向激光照射的方向,就能抵消反原子移動的能量,使它穩定下來。研究者形容說,這就像你怎樣反向用力讓蕩悠的鞦韆慢下來一個道理。

研究稱,利用這種定向激光冷卻的方法,他們把反氫原子的溫度降至原來的十分之一。這可以將測量的精確度提升四倍。

這份研究3月31日發表於《自然》(Nature)期刊。

責任編輯:葉紫微#

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