歐核中心首次用激光冷卻反物質(zhì)
或助解釋宇宙為何只由物質(zhì)組成
科技日報北京4月1日電 （記者劉霞）據(jù)歐洲核子研究中心（CERN）網(wǎng)站3月31日報道，該機構(gòu)的ALPHA合作組在最新一期《自然》雜志撰文稱，研究人員首次用激光冷卻技術(shù)成功冷卻了反氫原子，為更精確測量反氫內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在引力作用下的行為奠定了基礎(chǔ)。
ALPHA合作組發(fā)言人杰弗里·漢斯特表示，將這些測量結(jié)果與氫原子比較，可以揭示物質(zhì)原子和反物質(zhì)原子之間的差異。這種差異如果存在的話，有助于解釋為什么宇宙只由物質(zhì)組成——所謂的物質(zhì)—反物質(zhì)不對稱。此外，能用激光冷卻反氫原子將改變光譜學(xué)和引力測量領(lǐng)域的游戲規(guī)則，為反物質(zhì)研究帶來新視角，比如制造出反物質(zhì)分子等。
ALPHA合作組從CERN的反質(zhì)子減速器中提取了反質(zhì)子，與來自鈉-22的正電子結(jié)合，制造出了反氫原子，并將其置于磁阱中，防止它們與物質(zhì)接觸而湮滅。
漢斯特解釋說，對反原子開展光譜研究——測量其對電磁輻射（激光或微波）的反應(yīng)，使他們能以前所未有的精度測量反氫原子從最低能量狀態(tài)（1S）到更高能量狀態(tài)（2P）的躍遷，但這種光譜測量以及后續(xù)測量反氫原子在地球引力場中行為的精度受到其動能（溫度）的限制，而這正是激光冷卻大顯身手的地方。
在這一技術(shù)中，反原子吸收激光光子，達到更高能量狀態(tài)，隨后又發(fā)射光子并自發(fā)地衰變回初始狀態(tài)。因為相互作用取決于反原子的速度，且光子傳遞動量，這種吸收—發(fā)射循環(huán)會將反原子冷卻到極低溫度。
在本研究中，ALPHA合作組通過使用頻率略低于兩種狀態(tài)之間躍遷頻率的脈沖激光，反復(fù)驅(qū)動反氫原子從1S狀態(tài)到2P狀態(tài)，對其進行冷卻。在照射被捕獲反原子數(shù)小時后，研究人員觀察到原子的中位動能減少了10倍多，許多反氫原子的能量到達1微伏以下（溫度比絕對零度高約0.012℃）。
漢斯特說：“我們演示了反氫原子的激光冷卻，這是CERN的反質(zhì)子減速器多年來反物質(zhì)研究和發(fā)展的一大成果，也是迄今我們做過的最困難的實驗?！?div style="height:15px;">
總編輯圈點
宏觀尺度的宇宙洪荒，微觀尺度的原子世界，都蘊含著人類迄今無法堪破的終極秘密。這兩個尺度無疑有著大量交匯——關(guān)于宇宙起源時正物質(zhì)和反物質(zhì)發(fā)生了什么，就是其中之一?？上В斍坝嘘P(guān)亞原子世界的最優(yōu)理論——粒子物理標準模型也無法給出答案。人類想要揭開反物質(zhì)之謎，還有相當漫長的路要走，但在這一過程中的點滴進步，亦能使人類在微觀和宏觀兩個層次上的認識有跨越式提升。
（《科技日報》2021年4月2日第 3 版。）
