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人类首次观测到反物质的光谱特征

原标题:人类首次观测到反物质的光谱特征

寻找世界消失的另一半。

艺术家描绘的一堆被俘获的反氢原子云。Chukman So / CERN

科学家们一直为反物质争论不休。反物质和物质之间有着什么样的联系,为什么宇宙中反物质会比物质少那么一点?

由于氢原子是宇宙间含量最大也最为基础的粒子之一,因此过去几十年间,粒子物理学家一直把目光投射在它的反粒子——反氢原子身上。

制造反氢原子可不容易,要对其进行研究,更是难上加难,因为它的存在时间实在太短,很快就会和物质接触并湮灭。不过最近一些科学家在一篇发表在《自然》杂志上的论文里说,他们找到了一种方法,能够测出反氢的光谱信息。假如这一研究结果属实,那么将是近20年来粒子物理学领域中最伟大的成就之一。可能会在反物质研究领域开启全新的纪元。

之所以这么讲,是因为光谱测量——测量元素对光线的吸收或发射的特性,是物理学、化学和天文学中的一种基本研究方法。科学家可以通过这种方法鉴别出物质的原子和分子构成,更能通过光谱分析,测定遥远恒星的元素构成。

虽然宇宙中含量最大的元素是氢,但要对反氢原子进行光谱研究却十分困难。反氢原子是由一个反质子和一个正子(反电子)构成的。它们的温度必须恰到好处,才能结合在一起。要观测反氢的光谱特征,它们还必须能够稳定地存在足够长的时间,因为在这个由物质组成的宇宙中,反物质总是会很快地和无处不在的物质接触并湮灭。

幸运的是,近年来的技术突破,使得反物质研究成为可能。科研小组用欧洲核子研究所(CERN)的ALPHA装置对反质子和正子进行捕捉,然后将它们冷却到足以结合形成反氢原子的温度,并维持足够长的一段时间。在此期间,他们用紫外激光对反氢原子进行了光谱分析,测量了正子跃迁所需的频率。结果发现其光谱数据和普通氢原子的表现并无二致。相同的光谱表现表明,反物质粒子的表现符合对称理论的预言,即物质和反物质的能量级别是相同的。

虽然路途尚长,但这一研究为人们最终了解宇宙间物质和反物质的含量为何存在差异,以及宇宙为何如此运作指出了方向。返回搜狐,查看更多

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