在2018年7月的一個多星期多的時間里，歐洲核子研究中心（CERN）的一組物理學家嘗試了一種新技術來減緩以飛快的速度滑落的反物質(zhì)粒子。在為期10天的觀察中，這是國際合作組織ALPHA十年發(fā)展的高潮，該合作監(jiān)督了高功率激光器的設計和建造。物理學家今天宣布，他們的激光可以極大地減慢反物質(zhì)的速度，使其溫度接近絕對零。
該小組的研究成果發(fā)表在今天的《自然》雜志上。減慢反物質(zhì)的速度對于更好地理解控制普通物質(zhì)的規(guī)律在處理其逆過程中的不同行為至關重要。反物質(zhì)是物質(zhì)的一面鏡子；同樣的粒子，但電荷相反。普通物質(zhì)的電子帶負電荷；反物質(zhì)的正電子帶正電荷。然后，您將獲得帶正電的質(zhì)子和帶負電的反質(zhì)子，依此類推。反物質(zhì)和物質(zhì)在接觸時會相互消滅，但值得慶幸的是，歐洲核子研究中心產(chǎn)生的微量反物質(zhì)對我們沒有構(gòu)成威脅。
在我們了解反物質(zhì)的93年里，我們對這種物質(zhì)的實驗能力有了很大的提高。現(xiàn)在正處于第二階段，ALPHA項目修補了反氫原子，正電子繞著反質(zhì)子運行，就像電子繞著普通氫中的質(zhì)子運行一樣。2011年首次捕獲的反氫是此類實驗的主要候選物，因為它是最簡單的反原子。
減緩反原子的運動，可以使我們對其性能進行更精確地測量。“在日常生活中，您可以想象快移動的事物比慢移動的事物更難觀察。” 加拿大的TRIUMF粒子加速器小組的粒子物理學家藤原誠（Makoto Fujiwara）在視頻通話中說，“同樣的事情在量子物理學中也會發(fā)生……。您必須觀察特定屬性的時間越多，您的測量就越精確。”
藤原誠說，被捕獲后，反氫的運動速度就可以與最高時速的蘭博基尼·加拉多（Lamborghini Gallardo）相提并論，時速僅超過360公里。物理學家用激光束發(fā)射的光子或輕粒子轟擊反原子。
“一旦光子擊中原子，它就會激發(fā)原子，但它也會改變原子的運動，”該項目的原子分子分光學家塔卡馬薩·莫莫斯（Takamasa Momose）在一次視頻通話中說，“我們所做的是控制光線，只激發(fā)接近光子的原子，并使它們減速。”塔卡馬薩·莫莫斯（Takamasa Momose）是實驗用激光器的制造者。
研究人員使用了稱為激光冷卻的轟擊技術，將反原子速度減慢了一個數(shù)量級，使其達到了獵豹的速度，從而降低了它們的溫度。亞原子光子基本上是該激光槍的彈藥，而反原子是目標。
在如此寒冷的環(huán)境下，更容易評估粒子的行為。更好地理解這種行為可以讓我們深入了解宇宙中所有的反物質(zhì)發(fā)生了什么，這是粒子物理學中一個長期存在的問題。宇宙中物質(zhì)遠遠多于反物質(zhì)的不對稱性，這一問題的關鍵在于理解越來越大的反物質(zhì)結(jié)構(gòu)與它們的普通物質(zhì)結(jié)構(gòu)相比是如何工作的。
在眾所周知的道路上走下去（考慮到物理學家可以沿著不同的路徑走下去，這更像是高速公路的交匯處），藤原和莫莫斯為進一步探索反物質(zhì)抱有一系列希望。這里有反物質(zhì)分子的問題，以及它們?nèi)绾闻c我們?nèi)粘Ｉ钪锌吹降姆肿酉啾取?HAICU項目是加拿大與歐洲核子研究組織（CERN）的一項加拿大合作，計劃于2027年至2036年之間的某個時間開始。該項目的目的是建造一個反原子噴井，研究小組將用這個噴泉將成群的反原子拋入自由空間，并觀察它們?nèi)绾蔚袈洹?/p>
HAICU之前的項目是歐洲核子研究組織（CERN）正在進行的一項旨在測量引力對反物質(zhì)影響的項目，稱為Alpha-g。“我們要做的是給一個反氫原子充電，看它如何掉下來，看它是否與正常物質(zhì)完全一樣。” 藤原說，“如果原子很熱，它們移動得很快，那么當您釋放它們時，它們無處不在。我們看不到引力在做什么，但是，如果您使反氫原子運動變得很慢，它們對重力的反應就會更加敏感。”
研究人員希望有關宇宙特性的問題能夠最終得到解答。反物質(zhì)是無害的，因為它的含量很少。不過，當這種結(jié)構(gòu)變得更加復雜時，事情可能會變得非常有趣——想象一下整個反物質(zhì)分子。不過，首先要做的是：讓我們掌握一下他們的物理知識。
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