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也許反物質終於準備好進行特寫觀察了。一個物理學家團隊已經成功地製造出原始的反物質原子，並將其保持了幾分鐘，這一進步為詳細比較普通物質原子與其奇異的反物質對應物的特性帶來了希望。
來自歐洲核子研究中心 (CERN) ALPHA 反物質實驗的研究人員，這個歐洲粒子物理實驗室，去年報告了首次捕獲反氫，最簡單的反物質原子。但當時反氫被限制的時間不到十分之二秒。現在這個間隔已經延長了 5000 多倍。在 6 月 5 日線上發表在《自然物理》雜誌上的一項研究中，ALPHA 小組報告稱，他們已將反氫限制了 16 分 40 秒。對於經常處理 10 的冪的物理學家來說，更相關的數字是 1,000 秒。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
日常物質的亞原子粒子——質子、中子和電子——都有反物質的對應物；當物質遇到反物質時，兩者會湮滅並釋放出能量。正如中性氫原子由一個質子和一個電子組成一樣，反氫原子由一個反質子和一個正電子組成，分別是它們的反物質對應物。
但是，這些粒子與它們普遍存在的物質對應物之間的相互湮滅使得長時間保持反物質非常具有挑戰性，而生產和限制多個反粒子的束縛原子排列則更具挑戰性。像反氫這樣的中性反原子尤其難以限制，因為它們不受電場的影響，而電場可以用來引導帶電的反粒子，例如反質子。像 ALPHA 這樣的實驗轉而使用超導磁體來捕獲它們的目標。
儘管反原子難以捉摸，物理學家們還是希望能夠將它們固定下來，並將反氫的性質與宇宙中最豐富的元素氫進行比較。這些比較可能涉及反原子的雷射光譜學研究，或者對反氫如何“感受”重力影響的物理測試。氫和反氫之間的任何差異都可能有助於解釋為什麼在可觀測宇宙中物質勝過反物質。“如果能夠做到這一點，那將是理解為什麼我們生活在一個物質世界中的巨大進步，”加州大學聖地亞哥分校的物理學家 Clifford Surko 說，他為《自然物理》雜誌撰寫了評論，評論了這項新研究。“肯定在某個地方存在不對稱性，所以這是一個長期目標。”
ALPHA 陷阱中反氫的壽命可能足以開始這些研究。“我們認為我們有能力開始測量一些東西，”丹麥奧胡斯大學的 ALPHA 發言人 Jeffrey Hangst 說。初步研究將涉及用微波照射反原子，試圖使它們參與共振相互作用，像指南針的指標從北向南擺動一樣翻轉它們的自旋。
關鍵的是，ALPHA 實現的限制時間意味著反氫原子有時間衰變到它們的最低能量態，或基態。“這種反氫形成方法使它們處於高度激發態，”Surko 說。“它們很脆弱，對於反氫的真正高精度測量，你需要它們處於基態。”
Hangst 說，從以毫秒為單位測量的捕獲時間到以數百秒為單位測量的捕獲時間的飛躍並非源於任何一項重大進步。但是，讓反氫原子更頻繁地粘在陷阱中對於改進去年的限制實驗有很大幫助。現在只需要更少的實驗執行就可以證明反氫原子已被捕獲。“這裡棘手的地方不是保持它們，而是捕獲足夠多的它們來做實驗，”他說。“這裡最大的技術進步是我們現在更擅長捕獲它們了。”
儘管如此，捕獲效率仍然有些低——對於每個被陷阱限制的反原子，同一批次中還有數千個逃逸。在 16 次每次 1,000 秒的捕獲實驗中，總共只檢測到 7 個反氫原子。（研究人員透過快速關閉超導磁體，釋放反原子，並觀察陷阱壁上的物質-反物質湮滅來證明反氫的限制。）
歐洲核子研究中心 (CERN) 的一項競爭性反物質實驗，稱為 ATRAP，一直在努力生產更多數量、動能更低的反氫原子，這將有助於捕獲它們。但到目前為止，這項努力尚未取得成果。“我們認為，如果原子數量多於 [ALPHA 的速率] 每次試驗少於一個原子，那就太好了，”哈佛大學物理學家 Gerald Gabrielse 說，他是 ATRAP 合作組織的發言人。“我們希望不要發表一篇論文說我們每次試驗看到 0.6 個原子，而是每次試驗 100 個原子。”
Gabrielse 說，ATRAP 小組選擇增加陷阱中的原子數量，而不是像 ALPHA 那樣提高儀器檢測少量反原子的靈敏度。“也許我們做出了錯誤的選擇，”他在談到那個決定時說。“當然，我們做出的選擇是獲得較少宣傳的選擇。”儘管如此，Gabrielse 說他對競爭對手的成功感到鼓舞。“我很高興他們已經證明你可以捕獲反氫原子，”他說。“我認為這表明，如果我們有更多的原子，我們將有時間用它們做一些事情。”