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它是科幻小說和作家丹·布朗財富的重要組成部分——反物質。
歐洲核子研究中心（CERN）是位於日內瓦的歐洲粒子物理實驗室，該機構的一個研究小組首次成功地約束了這種物質的原子。多年來，實驗室已經制造出轉瞬即逝的反物質原子，但直到現在，捕獲這些難以捉摸的原子進行詳細研究的能力仍然遙不可及。（被約束的反物質數量比布朗的小說《天使與魔鬼》中陰險的陰謀者從歐洲核子研究中心偷走的反物質數量要小几個數量級。）
這項新進展由歐洲核子研究中心的ALPHA合作實驗於11月17日在《自然》雜誌上線上發表，這僅僅是一項原理驗證——反原子僅被約束了不到十分之二秒——但這項研究可能為新一輪的基礎物理測試奠定基礎。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
ALPHA小組在真空阱中混合了反粒子，製造出反氫原子，然後在釋放之前將其短暫地儲存在阱中。反物質與普通物質接觸時會湮滅，因此當反原子撞擊阱壁時，會消失在一連串被稱為π介子的次級粒子中。透過追蹤這些湮滅產物，物理學家們得出結論，他們成功地製造、捕獲並釋放了數十個反氫原子。
中性氫由一個質子和一個電子組成；反氫由相應的反粒子、反質子和反電子組成。構成反原子的組成反粒子本身並不十分奇特。反電子，也稱為正電子，廣泛應用於PET（正電子發射斷層掃描）掃描器。幾十年來，反質子已經被製造出來並加速到高能量，用於粒子對撞機中的撞擊。
但是，將反電子與反質子結合形成氫原子的束縛反物質對應物，直到20世紀90年代中期才實現。而那些早期在歐洲核子研究中心和美國費米國家加速器實驗室產生的反原子是“熱”的，以接近光速的速度運動。控制具有如此強大動能的反原子的難度，促使各研究小組尋求更容易被約束和研究的“冷”反物質。
丹麥奧胡斯大學的物理學家、ALPHA發言人傑弗裡·漢斯特說：“我從不擔心製造反氫，但控制住它完全是另一回事。” “我們有點欣喜若狂，委婉地說，它執行得如此出色。”
除了與物質接觸時會湮滅之外，約束反氫的挑戰在於它是電中性的，因此用於引導和約束帶電反粒子的相同阱一旦這些反粒子結合成原子就毫無用處了。從好的方面來看，物理學家可以在混合反粒子後用施加的電場掃過阱，以清除任何未結合成反氫原子的反質子和反電子。“它是中性的，因此很難以任何方式影響它，但它仍然具有磁矩，”漢斯特說。“你可以把它想象成一個小的指南針指標，它對外磁場做出反應。”
藉助超導磁體，漢斯特的小組能夠操縱中性反原子，捕獲它們——無論多麼短暫——然後在關閉磁體之前讓反物質遊走，並透過湮滅顯現出來。探測這些受限反原子的關鍵是開發出可以幾乎瞬間關閉的超導磁體，這使得研究人員能夠在短短30毫秒的時間內尋找來自物質-反物質湮滅的π介子。探測器經常受到宇宙射線的撞擊，宇宙射線會模擬湮滅訊號，因此縮小物質-反物質湮滅應該發生的時間視窗，可以顯著降低物理學家必須篩選以識別真實湮滅事件的背景噪聲。
ALPHA探測到的38個湮滅訊號遠高於預期的1.4次背景事件，這有力地表明，反氫原子在從約束中釋放出來後，確實撞擊了阱壁。“我確信他們已經成功捕獲了一些反氫原子，”費米實驗室物理學家戴維·克里斯蒂安說。“這是他們實驗計劃中的一個重要里程碑。”
如果原理驗證能夠實現更可靠的反原子捕獲，研究人員就可以檢驗許多關於反物質應該如何表現的長期理論。例如，所有跡象都表明，引力對反氫的作用應該與對氫的作用相同，但實證檢驗尚不可行。“有很多論點可以解釋為什麼它的行為應該與物質完全一樣，但這些僅僅是論點，”洛斯阿拉莫斯國家實驗室的理論物理學家邁克爾·涅託說。
物理學家還希望使用雷射光譜學研究反原子，以探測其能級結構；根據基本物理理論，反氫應該具有與普通氫相同的光譜。克里斯蒂安說，任何檢測到的偏差“都將是一件大事”。“他們是否能夠進行光譜學研究還有幾步之遙，但他們已經取得了長足的進步。” 漢斯特粗略估計，研究人員可能需要在幾秒的時間尺度上約束100個反原子，以探測它們的結構。他指出，目前正在進行的改進反原子捕獲壽命的工作進展非常順利。
與此同時，歐洲核子研究中心的另一個競爭小組ATRAP也在加快推進他們自己的冷反氫計劃。哈佛大學物理學家、ATRAP發言人傑拉爾德·加布裡埃爾斯說，他對新的公告感到“高興”，但他的小組正在採取略有不同的策略。“近來，我們幾乎完全專注於生產含有更多粒子的更冷的反質子等離子體，”加布裡埃爾斯說。“我們希望藉助這些等離子體，我們可以製造出更多的反氫原子，這些反氫原子足夠冷，可以被捕獲更長的時間，以滿足雷射光譜學的需要。”