據(jù)歐洲核子研究中心(CERN)網(wǎng)站3月31日報道，該機構的ALPHA合作組在最新一期《自然》雜志撰文稱，研究人員首次用激光冷卻技術成功冷卻了反氫原子，為更精確測量反氫內部結構及其在引力作用下的行為奠定了基礎。
ALPHA合作組發(fā)言人杰弗里·漢斯特表示，將這些測量結果與氫原子比較，可以揭示物質原子和反物質原子之間的差異。這種差異如果存在的話，有助于解釋為什么宇宙只由物質組成——所謂的物質—反物質不對稱。此外，能用激光冷卻反氫原子將改變光譜學和引力測量領域的游戲規(guī)則，為反物質研究帶來新視角，比如制造出反物質分子等。
ALPHA合作組從CERN的反質子減速器中提取了反質子，與來自鈉-22的正電子結合，制造出了反氫原子，并將其置于磁阱中，防止它們與物質接觸而湮滅。
漢斯特解釋說，對反原子開展光譜研究——測量其對電磁輻射(激光或微波)的反應，使他們能以前所未有的精度測量反氫原子從最低能量狀態(tài)(1S)到更高能量狀態(tài)(2P)的躍遷，但這種光譜測量以及后續(xù)測量反氫原子在地球引力場中行為的精度受到其動能(溫度)的限制，而這正是激光冷卻大顯身手的地方。
在這一技術中，反原子吸收激光光子，達到更高能量狀態(tài)，隨后又發(fā)射光子并自發(fā)地衰變回初始狀態(tài)。因為相互作用取決于反原子的速度，且光子傳遞動量，這種吸收—發(fā)射循環(huán)會將反原子冷卻到極低溫度。
在本研究中，ALPHA合作組通過使用頻率略低于兩種狀態(tài)之間躍遷頻率的脈沖激光，反復驅動反氫原子從1S狀態(tài)到2P狀態(tài)，對其進行冷卻。在照射被捕獲反原子數(shù)小時后，研究人員觀察到原子的中位動能減少了10倍多，許多反氫原子的能量到達1微伏以下(溫度比絕對零度高約0.012℃)。
漢斯特說：“我們演示了反氫原子的激光冷卻，這是CERN的反質子減速器多年來反物質研究和發(fā)展的一大成果，也是迄今我們做過的最困難的實驗。”(記者劉霞)
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