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Nature为何把封面文章留给了这项实验
www.creaders.net | 2021-04-02 15:57:58  煎蛋网 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

  或许大家已经知道,最新一期Nature的封面文章是一篇用激光把反物质冷却到接近绝对零度的实验报告。

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  在物理学几大基础假设里,有所谓的CPT守恒。也就是说,在一个完全由反物质(C)(相对于我们已知的宇宙物质而言)构成的宇宙里,如果把时间倒流(T),再改变左右手性(P),则时光倒流的反物质宇宙看起来和我们的宇宙没有什么差别。

  但如何验证这一理论呢?不幸的是,反物质并不是容易研究的东西。制造反物质很难,保存更难——当它们遇到正常物质时,就会湮灭于一片伽马射线之中。

  欧洲核子研究组织(CERN)的ALPHA实验近几年来一直在研究如何巧妙地应用激光来延迟反物质的“保质期”。

  实验终于结出了硕果,成功地把反氢粒子(所有元素中最轻的元素、氢的反物质对应物)的湮灭速度降低到一个可以接受的时间尺度上。

  近几十年来,减速技术已成功地将反物质原子的振动从接近光速的减慢到了更容易控制的程度。这足以让物理学家们完成某些测试,比如分析反氢的光谱。

  到目前为止的研究的结果都表明,氢气和反氢气除了电性颠倒之外,基本上是完全相同的。这有点令人失望——差异有可能向我们解释,为什么宇宙是物质而非反物质的。

  不过还有最后一个因素尚未得到检验:尽管正反物质质量相同,但引力可能更偏爱物质。

  这一次,ALPHA用激光吸走了反氢原子的热量,把它们的温度降低至接近绝对零度。回忆一下高中物理课上的内容,热的指标——温度,表征的是系统内部颗粒的平均动能。显而易见,被带走热量,相当于粒子损失了速度。低速粒子更容易控制,可以降低它们遇到物质湮灭的几率,延长其生命周期,给实验留出足够的操作时间。

  研究人员找到了某个绝妙的角度,确保光子相遇时处于完美的频率。经过大约十几次碰撞,相当于把粒子约300公里/时的移动速度减慢到每小时50公里以下。

  "有了这项技术,我们可以解决一些长期存在的谜团,比如。'反物质对引力的反应如何?反物质能否帮助我们理解物理学中的对称性?"不列颠哥伦比亚大学的物理学家、ALPHA加拿大团队成员Takamasa Momose解释说。"这些答案可能会从根本上改变我们对宇宙的理解。"

  需要时间分析数据,所以在看到完整的实验结果出来之前,还需要再等一等。但也许,只是也许,我们已经揭开了反物质的神秘面纱。

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