在一項技術壯舉中，物理學家首次測量了反物質原子如何吸收光。
位於日內瓦郊外的歐洲粒子物理實驗室 CERN 的研究人員，將紫外雷射照射到反氫原子上，反氫原子是氫的反物質對應物。他們測量了使正電子（反電子）從最低能級躍遷到下一個能級所需的光頻率，發現與普通氫中相應的能量躍遷沒有差異。
這個零結果對於數十年來一直致力於反物質光譜學研究（即研究反物質如何吸收和發射光）的研究人員來說仍然是令人興奮的。希望這個領域可以為已知物理定律的基本對稱性（稱為 CPT（電荷-宇稱-時間）對稱性）提供新的測試。
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CPT 對稱性預測反物質和物質中的能級應該相同。即使是這條規則的最微小的違反，也需要對粒子物理學的標準模型進行認真的重新思考。
德國美因茨約翰內斯·古騰堡大學的光譜學家蘭多夫·波爾幾乎無法抑制自己的興奮。“哇，”他在給《自然》雜誌的電子郵件中說。“經過這麼多年，這些人終於設法在反氫中進行了光學光譜學研究。這是對外來原子研究的里程碑。”
加利福尼亞州門洛帕克 SLAC 國家加速器實驗室的理論物理學家邁克爾·佩斯金說：“令人驚奇的是，人們可以將反物質控制到這種程度。”
冷反氫
研究反物質極其困難，因為它只要與普通物質接觸就會湮滅。2010 年，CERN 的 ALPHA 合作組織展示了如何將反氫原子儲存在磁阱中——並且從那時起，一直在努力研究其與光的相互作用。
大約每 15 分鐘，ALPHA 小組可以產生約 25,000 個反氫原子。為了製造它們，物理學家將放射性物質發射的正電子與粒子加速器產生的反質子結合，然後減速並冷卻。
大多數這些原子都太“熱”——移動太快，並且處於太高的能量狀態——不適合光譜學研究。因此，研究人員必須讓它們逃離磁阱，只留下少數最慢、能量最低的反氫原子。ALPHA 發言人傑弗裡·漢斯特說，完善這項技術花費了數年時間。“製造反氫相對容易；製造冷反氫真的很難，”他說。
最後，ALPHA 團隊能夠看到，當研究人員以特定頻率照射雷射時，反氫原子是否會像它們的氫對應物一樣作用。該小組表示，它們確實如此：能量躍遷與 100 億分之 2 的精度一致，他們於 12 月 19 日在《自然》雜誌上報告1。
“你為一個東西付出了很多努力，它最終成功了。幾乎沒有語言可以形容它，”漢斯特說。
接下來，研究人員希望用更大範圍的雷射能量探測反氫。這可以為物質-反物質等價性和 CPT 對稱性提供更嚴格的測試。
許多理論（例如弦理論）透過將引力與亞原子物理學的其他三個基本力結合起來，從而超越標準模型，確實涉及某種 CPT 違規，佩斯金說。“因此，CPT 是否是自然的真實對稱性根本不清楚，”他說。
CERN 的另外兩個實驗（稱為 ATRAP 和 ASACUSA）正在與 ALPHA 競爭以測量反物質光譜學。ATRAP 的領導者、馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的物理學家傑拉爾德·加布里爾斯說，他大約在 30 年前首次提出測量 ALPHA 團隊報告的反氫中的特定能量躍遷。“我們早十年開始，他們先得到了這個結果，”他說。“祝賀 ALPHA。”
本文經許可轉載，並於2016 年 12 月 19 日首次釋出。