加拿大國家粒子加速器中心的Makoto Fujiwara團(tuán)隊(duì)與合作者首次成功演示了反氫原子的激光冷卻，將樣品冷卻到了接近絕對零度。該研究產(chǎn)生了比以往任何時候都更冷的反物質(zhì)，并使一種全新的實(shí)驗(yàn)成為可能，有助于科學(xué)家在未來更多地了解反物質(zhì)。相關(guān)研究成果2021年3月31日刊登于《自然》。

   反物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)粒子的質(zhì)量相同，但電荷相反。而且，反物質(zhì)和尋常物質(zhì)接觸時會湮滅，因此難以用常規(guī)方式創(chuàng)造并控制。反氫原子是由一個反質(zhì)子和一個正電子組成的，正電子相當(dāng)于電子的反物質(zhì)。

   Makoto Fujiwara團(tuán)隊(duì)與合作者，在瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究組織粒子物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一項(xiàng)名為ALPHA-2的反氫捕獲實(shí)驗(yàn)。他們在一個磁阱中創(chuàng)造了由約1000個反氫原子組成的“云”。

   該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種激光，它能以適當(dāng)?shù)牟ㄩL發(fā)射被稱為光子的光粒子，從而降低正在直接朝向激光移動的反原子的速度，并且是一點(diǎn)點(diǎn)地放慢它們的“步伐”。研究人員介紹，這有點(diǎn)像向原子發(fā)射一個小球，這個小球非常小，所以在這次碰撞中減速也非常小，但重復(fù)了很多次，最終原子會減速。

   研究人員設(shè)法將反原子的速度降低到1/10以下。激光冷卻經(jīng)常被用來測量常規(guī)原子的能量躍遷——電子運(yùn)動到不同能級。而對于冷卻的反氫原子，該團(tuán)隊(duì)獲得的測量精度幾乎是未冷卻的反原子的3倍。

   參與了該實(shí)驗(yàn)的英國斯旺西大學(xué)教授Niels Madsen表示：“這是一項(xiàng)了不起的成就。我們現(xiàn)在可以用激光冷卻反氫，并進(jìn)行非常精確的光譜測量，這一切都能在不到一天內(nèi)完成。兩年前，僅光譜分析就需要10周。我們的目標(biāo)是研究反氫的性質(zhì)是否與普通氫的對稱性相匹配。無論差異有多小，都可以幫助解釋反物質(zhì)的一些深層次問題。”■