世界首次:基于激光的反物质操控,将反物质冷却至绝对零度

世界首次:基于激光的反物质操控,将反物质冷却至绝对零度


... 激光冷却前(灰色)后(蓝色),反氢原子在ALPHA磁阱中的运动情况。(艺术处理图)

phys.org网站当地时间3月31日报道,欧洲核子研究中心(CERN)ALPHA合作组织的研究人员宣布,他们首次完成了基于激光技术的反物质操控实验:利用加拿大制造的激光系统,研究人员将反物质样品冷却至接近绝对零度。该成果将对反物质研究产生极大的推动作用。相关研究成果同日刊登在《自然》杂志中。

反物质是正常物质的反状态,它表现出与物质几乎相同的特性和行为,但却包含相反的电荷。反物质原子一旦接触物质就会湮灭,因此,在现实世界中,反物质原子不仅难以制造,也从未有过被激光控制的记录。

“新成果是历时数年的研究和工程项目的成果。我们得到了合作伙伴的大力支持。”英属哥伦比亚大学(UBC)、ALPHA加拿大团队研究员Takamasa Momose说,“有了这项技术,我们有望解决很多长期存在的谜题。例如,‘反物质如何响应重力?’‘反物质能帮助我们理解物理学中的对称性吗?’这些问题的答案可能会从根本上改变人类对宇宙的认知。”

自40年前引入激光技术依赖,科学家对普通原子的操控和冷却,已经彻底改变了现代原子物理学。Momose等人取得的新突破,标志着科学家首次将激光技术应用到了反物质领域。通过冷却反物质,研究人员能够完成各种精确测试,进一步分析反物质的特性。这些测试还能提供重要线索,解释为什么宇宙主要由物质组成,而不是像大爆炸模型预测的那样——由物质/反物质组成。

研究人员表示,用激光操纵反物质还能为各种前沿物理学创新打开大门。Momose和团队成员Makoto Fujiwara正在开展的HAICU新项目,旨在为反物质研究开发新的量子技术。Fujiwara说:“我们的下一个目标是,通过将激光冷却的反物质抛向自由空间,制造一个‘反原子喷泉’。如果目标达成了,它将促成一种全新的量子测量技术。”Momose补充:“此外,用激光操纵技术将反原子结合在一起,有可能制造出世界上第一个反物质分子。”

新成果标志着ALPHA合作组织长达数十年的反物质研究抵达了一个里程碑。2011年,研究人员创造并捕获了反氢原子,并创造了1000秒的世界记录。2012年,研究人员首次完成了对反氢原子光谱的“惊鸿一瞥”。2013年,研究人员研究了重力对反物质的影响。2020年,研究人员展示了与关键光谱现象相对应的反物质。

原创编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然》

期刊编号:0028-0836

原文链接:https://phys.org/news/2021-03-canadian-built-laser-chills-antimatter-absolute.html

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