欧核中心高精度测量反氢的物理性质

2020-02-20

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欧洲核子物理研究中心（CERN）对反物质的研究有了突破性进展。据英国《自然》杂志19日发表的一篇粒子物理论文，欧核中心首次报告对反氢的一种物理性质实现高精度测量，此前，这种物理性质仅限于理论预测，而今终于完成对自然基本对称性的重要检验。

探测并比较物质与反物质的性质，有助于人类理解宇宙的形成——当今宇宙中物质比反物质更普遍，但根据粒子物理学经典模型预测，在大爆炸发生之后应存在等量的物质和反物质，这正是物理学界的一个重大谜题。

作为宇宙中最简单的原子，氢的精细结构已经得到了充分的研究，但一直以来，反氢却没有相关进展。因为反物质难以产生和捕捉，且一旦与物质接触就会湮灭，这为科学家测量其属性带来挑战。

此次，欧核中心的ALPHA合作团队执行了最新观测，丹麦奥胡斯大学物理学家杰弗里·亨斯特等人报告在反氢中观测到了“兰姆位移”。这种效应原本是在氢中发现的，描述了氢原子两个能级间的能量差。团队的测量结果与科学家对氢的观测结果相符，也符合有关反氢的预测，其突显了物质与反物质之间的对称性，更是对自然基本对称性的一次检验。

在相应的“新闻与观点”文章中，德国美因茨大学物理学家兰道夫·保尔认为，最新观测结果与理论相符，而且反氢对应于氢的性质，这些结果为人类进一步研究反氢打开了大门，此后科学家们可以进一步检验反氢的量子电动力学性质，或者展开有针对性地检验粒子物理标准模型。

CERN的ALPHA装置被认为是捕获反物质的“利器”，该项目此前曾用特殊磁场将反氢原子“抓住”1000秒，还曾对反物质与引力的相互作用进行分析，并完成反物质原子光谱测量。

作者：张梦然

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