反物质被激光束冷却到接近零的绝对值，这是如何做到的？

作者：菜叶时间：2022-09-14 16:36

简介：研究人员首次将反物质冷却到接近零的绝对值——通过将其捕获在磁阱中并用集中的激光束对其进行爆炸。该方法使

【菜叶百科解读】

　　研究人员首次将反物质冷却到接近零的绝对值——通过将其捕获在磁阱中并用集中的激光束对其进行爆炸。

　　该方法使加拿大科学家可以在CERN的反氢激光物理仪器（ALPHA）实验中将反物质冷却到仅比绝对零值高出二十度的温度，比南极记录的最冷温度低3,000倍。从理论上讲，这种超冷的反物质可以帮助揭示宇宙中一些最大的秘密，例如反物质如何受重力影响以及物理学提出的一些基本理论对称性是否真实。

　　反物质是与常规物质相反的空灵。反物质理论最早是由保罗·狄拉克（Paul Dirac）在1928年提出的，仅在四年后就被发现。反物质粒子除了具有镜像的物理性质外，还与它们的孪生物质相同——电子具有负电荷，反物质对应的正电子具有正电荷。我们没有像平常那样经常遇到反物质的原因是，二者在接触时会相互消灭，这使得在物质世界中生活时反物质的存储和研究变得极为困难。

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　　但是，通过一系列巧妙的技术壮举，研究人员已经能够做到这一点。在将常规物质粒子加速到接近光速后，将它们粉碎在一起，他们就能够制造出反粒子。然后，研究小组利用极强的磁场和电场操纵并放慢了飞速飞行的反粒子的速度。最后，研究小组将正电子和反质子云限制在磁场内，直到它们结合形成反氢为止。在这一点上，研究人员通过用激光对其进行爆炸来冷却了抗氢云。

　　但是，如何用激光冷却一些东西呢？粒子的运动会产生热量。因此，诀窍在于使激光束中的光子（光粒子）沿与运动的反物质粒子相反的方向传播。由于光子具有其自身的动量，因此在反方向传播时被抗氢吸收实际上会减慢抗氢的速度。但是，只有将光调谐到可以被反原子吸收的非常特定的波长，光才能与反物质相互作用。

　　ALPHA加拿大团队发言人藤原诚（Makoto Fujiwara）说：“把氢像卷冰一样，把光子像曲棍球一样。” “我们试图通过仅在冰球向我们移动时才向冰球射击来减慢冰壶石的速度。这在原子尺度上确实非常困难，因此我们利用多普勒效应来调整冰球，使它们只能与冰球相互作用朝我们而不是远离我们或静止不动时的石头。”

　　多普勒效应（如果光源朝着观察者或远离观察者行进时，所观察到的光的波长被压缩或延长）使科学家能够非常精确地调谐光子的波长，以便它们仅在以下情况下被抗氢粒子吸收：他们向他们靠近，放慢了抗氢粒子的速度。

　　冷却后的反物质将帮助研究人员进行更精确的测量，从而开辟了一系列实验来探究物理学中一些最深层次的谜团。例如，通过将反物质云滴过一定距离，他们可以测试其是否以与常规物质相同的方式对重力做出响应。或者，通过在云层上照射光，他们可以以前所未有的精度将抗氢的能级与常规物质的能级进行比较。

　　藤原对在干涉仪实验中使用其冷却的反物质感到特别兴奋。

　　藤原告诉生命科学说：“我们希望在真空中获得一个抗原子并将其分裂成量子叠加，从而使其自身产生干涉图样。” 量子叠加允许非常小的颗粒（例如抗氢）同时出现在一个以上的位置。由于量子粒子的行为既像粒子又像波，它们可以相互干扰以形成波峰和波谷的图案，就像来自海洋的波如何通过破碎器一样。

　　“通过这种方式，我们可以真正精确地研究它与其他力量的相互作用方式及其一般特性。”

　　研究小组还提议将反原子发送到自由空间，并将它们结合起来制造出世界上第一个反物质分子。

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