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奇异反物质发出的光与普通物质相同

关于我们宇宙的一个悬而未决的大问题是,为什么物质比反物质多得多。(©GiroScience/Shutterstock)

物理学家首次表明,反物质原子发出的光,似乎与普通物质原子在激光照射下发出的光相同,一项新的研究发现,

对这种发射光的更精确的测量可能会发现一些线索,这些线索可能最终有助于解开为什么宇宙中的反物质比正常物质少这么多的谜团,研究人员说,

对于正常物质的每一个粒子来说,都有一个质量相同但相反的电荷。例如,电子和质子的反粒子分别是正电子和反质子。

当一个粒子遇到它的反粒子时,它们相互湮灭,发出一股能量。一克反物质消灭一克物质所释放的能量大约是核弹落在日本广岛的两倍。(你不必担心反物质炸弹会在短时间内爆炸;研究人员远没有在一克反物质附近的任何地方制造出来。)

为什么宇宙中的物质比反物质多得多仍然是个谜。粒子物理学的标准模型——迄今为止对宇宙基本组成部分的行为最好的描述——表明大爆炸应该产生等量的物质和反物质。[物理学中9个最大的未解之谜]

用光照射反物质

科学家们想了解更多关于反物质的知识,看看它的行为是否与物质的行为不同,从而有助于解决宇宙中反物质为何如此之少的难题。

一组关键的实验包括用激光照射反物质原子,它能吸收和发射光,很像普通物质的原子。研究人员说,如果反氢原子发出的光的光谱与氢原子不同,这种光谱差异可能会产生物质和反物质不同的其他方面的见解。

现在,科学家首次使用激光对反氢原子进行光谱分析。

“I这项研究的合著者、丹麦奥胡斯大学的物理学家杰弗里•杭斯特(Jeffrey Hangst)说:“我们把它称为反物质物理学的圣杯。”为了实现这一目标,我已经工作了20多年,经过许多艰难的步骤,这个项目终于走到了一起。

研究人员用反氢做实验,反氢是反物质中最简单的原子,就像氢是普通物质中最简单的原子一样。反氢原子每一个都由一个反质子和一个正电子组成。

为研究人员创造了足够的反物质来进行研究,这证明是一项极具挑战性的工作。为了制造反氢原子,研究人员将约9万个反质子的云与约160万个正电子(或反电子)的云混合,使用α-2装置(一种反物质产生和捕获系统)每次产生约2.5万个反氢原子,在瑞士的欧洲核子研究组织,

ChrisØrum和Steven Armstrong-Jones致力于激光α实验,以了解反氢发射光的性质。(欧洲核子研究中心)

在研究人员制造出反氢原子之后,“你必须抓住它们,这非常困难,”杭斯特告诉《生活科学》。反氢是电中性的,这意味着它不能用电场保持在原位,“你必须让它远离物质,所以它必须保持在高真空中,”他说。此外,反物质最好保持在接近绝对零度(零下459.67华氏度,或零下273.15摄氏度)的温度下,因此它比反氢原子移动缓慢,更容易被抓住。

研究人员将反氢原子困在非常强的磁场中我们现在一次可以容纳大约15个反氢原子t说。[谜团加深:物质和反物质是镜像]

然后,它们将激光照射在反氢上,导致原子发出光。然后科学家们测量了反氢发出的光谱,精确到10^10的几个部分,也就是说,1后面有10个零。相比之下,研究人员目前可以在10^15年内精确测量氢的这些性质,精确到几个部分。”“我们想用和氢一样的精度来测量反氢,我们认为没有理由在将来不能这样做,”杭斯特说。

目前氢和反氢的光谱看起来很相似。

然而,更高精度的测量反氢可能最终揭示出物质之间的差异而反物质可以解开失踪反物质的神秘面纱,并导致标准模型的革命性变化。”“这真的是一项改变游戏规则的工作,”杭斯特说。

科学家们在12月19日的《自然》杂志上详细介绍了他们的发现。

是关于生命科学的原始文章。

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