科学家制造出飞行状态下的反氢原子

2010-12-08 09:32 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网12月6日报道,欧洲核子研究中心和日本理化学研究所的科研人员合作,设计了一种创新的粒子陷阱装置,成功制造出一定数量的飞行状态下的反氢原子,由此可测量反氢原子由基态开始的超精微跃迁。在此基础上,他们下一步就有望制造出反氢原子束,以更好地研究反物质,从而对CPT(电荷、宇称、时间)对称和万有引力的基本理论作出检验,为人们解开宇宙反物质之谜提供有力工具。

  在这项名为ASACUSA的项目中,研究人员设计的“卡斯波”陷阱(cusp trap)可以利用多个磁场的综合作用,将反质子和正电子集合到一起,形成反氢原子。然后这些反氢原子被导入真空管状通道中,呈现飞行状态,研究人员就可以对其进行研究。发表在《物理评论快报》上的研究指出,超过7%的反氢质子成功射入卡斯波陷阱形成反氢原子。这是生成反氢原子束必要的预备过程。该实验的终极目标是利用这种方法大量制造飞行状态下的反氢原子,并借助微波对其行为进行更为细致的研究。

  反物质是物理学领域最令人迷惑的问题之一。为什么今天的宇宙由正物质构成而不是反物质?当前有关亚原子世界的最优理论——粒子物理标准模型也无法给出答案。但科学家认为,物质和反物质属性之间的微小差异可能就是答案所在,而这种差异体现在违反CPT对称定理上。CPT对称是指,把粒子用反粒子替换,右手坐标系换成左手坐标系,以及所有粒子速度反向,物理定律不变。

  反氢原子由一个反质子和一个正电子构成,结构简单,是测试CPT对称的最佳模型。上个月欧洲核子研究中心ALPHA实验项目成功制造出38个反氢原子,并用磁场使其存在了约0.17秒。

  ASACUSA项目可以用高精微波谱仪来研究更小的超精微跃迁,不需要将反氢原子困住就能检测它们的属性,也使科学家真正研究反氢原子束成为可能。结合反氢原子捕获研究,科学家称检验CPT对称已经为时不远,将为研究反物质性质带来根本性突破。