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Nature為何把封面文章留給了這項實驗

或許大家已經知道,最新一期Nature的封面文章是一篇用激光把反物質冷卻到接近絕對零度的實驗報告。

在物理學幾大基礎假設里,有所謂的CPT守恆。也就是說,在一個完全由反物質(C)(相對於我們已知的宇宙物質而言)構成的宇宙里,如果把時間倒流(T),再改變左右手性(P),則時光倒流的反物質宇宙看起來和我們的宇宙沒有什麼差別。

但如何驗證這一理論呢?不幸的是,反物質並不是容易研究的東西。製造反物質很難,保存更難——當它們遇到正常物質時,就會湮滅於一片伽馬射線之中。

歐洲核子研究組織(CERN)的ALPHA實驗近幾年來一直在研究如何巧妙地應用激光來延遲反物質的「保質期」。

實驗終於結出了碩果,成功地把反氫粒子(所有元素中最輕的元素、氫的反物質對應物)的湮滅速度降低到一個可以接受的時間尺度上。

近幾十年來,減速技術已成功地將反物質原子的振動從接近光速的減慢到了更容易控制的程度。這足以讓物理學家們完成某些測試,比如分析反氫的光譜。

到目前為止的研究的結果都表明,氫氣和反氫氣除了電性顛倒之外,基本上是完全相同的。這有點令人失望——差異有可能向我們解釋,為什麼宇宙是物質而非反物質的。

不過還有最後一個因素尚未得到檢驗:儘管正反物質質量相同,但引力可能更偏愛物質。

這一次,ALPHA用激光吸走了反氫原子的熱量,把它們的溫度降低至接近絕對零度。回憶一下高中物理課上的內容,熱的指標——溫度,表徵的是系統內部顆粒的平均動能。顯而易見,被帶走熱量,相當於粒子損失了速度。低速粒子更容易控制,可以降低它們遇到物質湮滅的幾率,延長其生命周期,給實驗留出足夠的操作時間。

研究人員找到了某個絕妙的角度,確保光子相遇時處於完美的頻率。經過大約十幾次碰撞,相當於把粒子約300公里/時的移動速度減慢到每小時50公里以下。

"有了這項技術,我們可以解決一些長期存在的謎團,比如。'反物質對引力的反應如何?反物質能否幫助我們理解物理學中的對稱性?"不列顛哥倫比亞大學的物理學家、ALPHA加拿大團隊成員Takamasa Momose解釋說。"這些答案可能會從根本上改變我們對宇宙的理解。"

需要時間分析數據,所以在看到完整的實驗結果出來之前,還需要再等一等。但也許,只是也許,我們已經揭開了反物質的神秘面紗。

責任編輯: 李華  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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