科學家將測試反物質在重力中是如何表現的

科學家將測試反物質在重力中是如何表現的

無論科學家對反物質進行什麼測試,反物質都像正常物質一樣繼續運轉。面對另一個新的挑戰,反物質再次拒絕破解。

在一項新的研究中,物理學家們試圖發現物質和反物質之間的差異。令人困惑的是,反物質也是一種物質,但帶著相反的電荷和其他差異。而宇宙中的物質遠比反物質多,卻沒有明確的理由。物理學家們還沒有發現他們在研究反物質版本的氫(稱為反氫)時所尋找的特定差異,但他們已經證明了一種比以往任何時候都更好地研究反物質的方法。

物理學家從幾個方面對宇宙中的物質進行分類,但最讓我們感興趣的可能是普通物質與反物質之間的對立關係。每個粒子都有一個反粒子,其質量相同,但電荷(和其他性質)相反,就像它的鏡像一樣。在宇宙大爆炸之後,應該有等量的物質和反物質粒子。當兩者相遇時,湮滅成能量,導致人們說“宇宙不應該存在”。但出於某種原因,構成你、我、地球、太陽和我們所看到的一切的粒子基本上都是普通的物質。根據歐洲核子研究中心(CERN)的數據,宇宙中每十億個粒子中只有一個是反物質。

科學家將測試反物質在重力中是如何表現的

歐洲核子研究中心(CERN)的物理學家貢恩·卡特里(Gunn Khatri)說:“反物質物理學界正試圖找到物質-反物質的差異,每邁出一步,我們就更接近於回答一個問題:‘為什麼反物質比普通物質要罕見?’”

希望瞭解反物質的科學家有一種工具,叫做歐洲核子研究中心(CERN)的反質子減速器。這臺機器產生並減慢了質子的反物質對應物。ALPHA(反氫激光物理裝置)將這些反質子和正電子(電子的反物質對應物)結合形成反氫原子。

一旦研究人員捕獲了反氫原子,他們就會像研究普通原子一樣探測反氫原子。在每一輪實驗中,ALPHA科學家用激光脈衝發射500個反氫原子,使原子的電子躍入更高的能量狀態。然後電子下降,反氫原子釋放出具有特徵波長的光子。這就是眾所周知的萊曼-阿爾法(Lyman-alpha)躍遷,在天文學中經常被用來研究非常遙遠的物體.。

根據發表在“自然”雜誌上的一項研究,研究人員測量了產生的光子,它們與你期望從普通氫原子中得到的波長基本相同。在這一點上,研究人員繼續看到,他們希望的性質可能不同的物質和反物質似乎是相同的。瑞士歐洲核子研究中心(CERN)ALPHA項目的發言人傑弗裡·亨斯特(Jeffrey Hangst)說,這個實驗還有一個重要的第二用途:“我們想用它來做反氫的激光冷卻。”這是第一次證明他們的新激光冷卻方法在實驗中是可行的。

科學家將測試反物質在重力中是如何表現的

物理學家使用激光將原子捕獲並冷卻到極接近絕對零度的溫度。觀察電子躍升到能量水平,並在反氫的激光脈衝下釋放光子,是一個“決定性的技術步驟”。這表明科學家們可能很快就能用激光冷卻反物質原子了。這將使他們能夠進行更精確的測量。

例如,ALPHA項目很快就將升級,配備設備,看看它們與重力的相互作用是否不同於氫原子的相互作用。這將是另一個重要的考驗。

這與歐洲核子研究中心的運輸-反物質無關,但它仍然是重要的研究。反物質和規則物質之間的任何差別最終都將幫助我們確定為什麼宇宙的所有物質在宇宙大爆炸後並沒有化為烏有。


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