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反物質(zhì)原子光譜測量首次完成

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  英國《自然》雜志19日在線(xiàn)發(fā)表了一項粒子物理學(xué)重大進(jìn)展:歐洲核子研究中心(CERN)報告了對反物質(zhì)原子的首次光譜測量,實(shí)現了反物質(zhì)物理學(xué)研究長(cháng)期以來(lái)的一個(gè)目標。該成果標志著(zhù)人類(lèi)向高精度測試物質(zhì)與反物質(zhì)行為是否不同邁進(jìn)了重要一步。

  當今宇宙為何看起來(lái)幾乎全由普通物質(zhì)構成,這是物理學(xué)界的一個(gè)重大謎題。因為根據粒子物理學(xué)經(jīng)典模型的預測,在大爆炸發(fā)生之后應存在等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。光照射可以激發(fā)原子,當原子恢復至基態(tài)時(shí)會(huì )發(fā)光,光的頻率分布形成,可以借用其光譜精確地測量出原子屬性,這也是光譜學(xué)的基本原理。但是,反物質(zhì)難以產(chǎn)生和捕捉,因為反物質(zhì)一旦與物質(zhì)接觸就會(huì )湮滅,這為科學(xué)家測量其屬性帶來(lái)挑戰。

  歐核中心反質(zhì)子減速器的最新進(jìn)展,讓研究人員得以捕捉和測量反質(zhì)子與反氫原子?,F在,來(lái)自歐核中心反氫激光物理裝置(ALPHA)項目的丹麥科學(xué)家杰弗里·漢斯特及其同事,在圓柱形真空腔內成功磁捕獲反氫原子。這一真空腔長(cháng)僅280毫米,直徑為44毫米,研究人員通過(guò)真空腔上的窗口向里面照射激光,測量了反原子1S—2S的躍遷(從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷)情況。

  研究團隊報告稱(chēng),反氫的躍遷頻率與氫的躍遷頻率一致。氫的光譜已經(jīng)得到高精度表征,因此反氫光譜學(xué)的改進(jìn)應可以促成對物質(zhì)—反物質(zhì)對稱(chēng)性的高敏度測試。

  ALPHA裝置是歐核中心捕獲反原子的“利器”,該項目組此前曾用特殊磁場(chǎng)將反氫原子“抓住”達1000秒,還曾首次對反物質(zhì)與引力的相互作用進(jìn)行直接分析。(記者張夢(mèng)然)


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