歐核中心首次用激光冷卻反物質 相關研究發表在《自然》雜志

據歐洲核子研究中心(CERN)網站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(1S)到更高能量狀態(2P)的躍遷，但這種光譜測量以及后續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，隨后又發射光子并自發地衰變回初始狀態。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—發射循環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之間躍遷頻率的脈沖激光，反復驅動反氫原子從1S狀態到2P狀態，對其進行冷卻。在照射被捕獲反原子數小時后，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)