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测量稀有反物质,研究首次用激光冷却新方法

现有理论认为这个宇宙应该是由等量的正物质和反物质构成的,可是观测结果显示这个世界几乎完全由正物质构成。这是现代物理学无法解释的几大难题之一。要解开这个谜题,科学家需要先造出反物质,仔细测量比较它们和正物质特性的差别。

测量稀有反物质,研究首次用激光冷却新方法粒子对撞产生反物质示意图。可是反物质太难造了,需要耗费很大的能量才能造出,而且不稳定。它们一旦触碰到周围的任何正物质,立即湮灭消逝。现在一组科学家发明了一套制造反物质的方法,特别还采用激光将它们困在真空环境内足够长的时间,让研究人员可以对其进行各种测量。研究者表示这样的技术是研究反物质道路上迈出的一大步。正物质由原子构成,反物质由反原子构成。科学家知道最容易制造的是反氢原子,由一个反电子(也叫正电子,带正电的电子)绕着一个反质子核构成,是宇宙中结构最简单的反物质。测量稀有反物质,研究首次用激光冷却新方法研究人员先用粒子对撞机造出反质子。研究称,需要100万个质子和至少2600万倍最后储存在反质子内的能量,才能造出一个合用的反质子。同时,研究人员发现可以从放射性材料中获得正电子,相对来说算是容易。两部分主要材料备齐以后,研究人员需要将它们结合成反氢原子。这份研究把反质子和正电子放在一个真空的电磁场内使它们结合。研究称,真空的环境是为保护生成的反氢原子不要碰到任何正物质而湮灭;电磁场能够把反氢原子定在真空内。至此,研究人员得到了一个可以对其进行仔细测量的反氢原子。但是还有一个局限性:由于粒子的动能导致它的移动,这降低了测量的精确度。测量稀有反物质,研究首次用激光冷却新方法这份研究首次发明一个方法:用激光照射这个反原子将其稳住。研究解释说,激光由光子构成,光子自身也带有一定动能。只要找准反原子移动的方向,使它正好迎向激光照射的方向,就能抵消反原子移动的能量,使它稳定下来。研究者形容说,这就像你怎样反向用力让荡悠的秋千慢下来一个道理。研究称,利用这种定向激光冷却的方法,他们把反氢原子的温度降至原来的十分之一。这可以将测量的精确度提升四倍。这份研究3月31日发表于《自然》(Nature)期刊。

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