?反物質(zhì)被激光操縱藝術(shù)圖? ??圖片來源:Chukman So/TRIUMF
近日,研究人員宣布,首次演示了反氫原子的激光冷卻,將樣品冷卻到了接近絕對零度。3月31日,相關(guān)論文刊登于《自然》。該成就產(chǎn)生了比以往任何時(shí)候都更冷的反物質(zhì),并使一種全新的實(shí)驗(yàn)成為可能,有助于科學(xué)家在未來更多地了解反物質(zhì)。
反物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)粒子的質(zhì)量相同,但電荷相反。而且,反物質(zhì)和尋常物質(zhì)接觸時(shí)會(huì)湮滅,因此難以用常規(guī)方式創(chuàng)造并控制。反氫原子是由一個(gè)反質(zhì)子和一個(gè)正電子組成的,正電子相當(dāng)于電子的反物質(zhì)。
加拿大國家粒子加速器中心的Makoto Fujiwara團(tuán)隊(duì)與合作者,在瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究組織(CERN)粒子物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一項(xiàng)名為ALPHA-2的反氫捕獲實(shí)驗(yàn)。他們在一個(gè)磁阱中創(chuàng)造了由約1000個(gè)反氫原子組成的云。
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種激光,它能以適當(dāng)?shù)牟ㄩL發(fā)射被稱為光子的光粒子,從而降低正在直接向激光移動(dòng)的反原子的速度,并且是一點(diǎn)一點(diǎn)地放慢它們的“步伐”。Fujiwara說:“這有點(diǎn)像我們向原子發(fā)射一個(gè)小球,這個(gè)小球非常小,所以在這次碰撞中減速非常小,但我們重復(fù)了很多次,最終大原子會(huì)減速?!?/p>
研究人員設(shè)法將反原子的速度降低到1/10以下。激光冷卻經(jīng)常被用來測量常規(guī)原子的能量躍遷——電子運(yùn)動(dòng)到不同能級,而對于冷卻的反氫原子,該團(tuán)隊(duì)的測量精度幾乎是未冷卻的反原子的3倍。
參與了該實(shí)驗(yàn)的英國斯旺西大學(xué)教授Niels Madsen說:“這是一項(xiàng)了不起的成就,我們現(xiàn)在可以用激光冷卻反氫,并進(jìn)行非常精確的光譜測量,這一切都能在不到一天內(nèi)完成。2年前,僅光譜分析就需要10周。我們的目標(biāo)是研究反氫的性質(zhì)是否與普通氫的對稱性相匹配。無論差異有多小,都可以幫助解釋反物質(zhì)的一些深層次問題?!?/p>
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03289-6
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