科学家将捕获的反氢原子保持1000秒

2011-5-06 09:32 来源: 中国科学院
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  1000秒并不太长,但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说,却是4个数量级的重大突破。据美国物理学家组织网5月4日报道,CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒,而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1000秒,为进一步证明反物质属性铺平了道路。

  特殊反物质概念是现代科幻小说和电影的最爱,在大众心理层面产生的效果经常会扭曲了反物质的真实性质,或对使用反物质带来的后果产生误解。因此,任何CERN取得的新进展,都可能引发更多联想。

  由粒子和反粒子构成的原子很不稳定,通常仅能存在不到1微秒。而反氢原子完全由反粒子构成,被认为是稳定的,成为精确研究物质—反物质对称体系的最佳目标。反氢原子和氢原子是否具有同样的能级?它和重力会怎样反应?反氢原子在重力作用下会向下落还是向上升,抑或是以其他某种人们想不到的方式?CERN进行的系列实验正是要回答这些问题。

  ALPHA项目研究小组在反质子和正电子结合的时候,将其冷却以降低能量制造出反氢原子,低能态让反氢原子在磁阱中保持一团云状。在实验中,研究人员捕获了309个任意速度的反氢原子,它们在跟各种微量气体碰撞而彻底湮灭或者得到能量逃出磁阱之前,持续存在了1000秒时间。

  研究人员指出,这意味着ALPHA小组掌握了捕获更多反氢原子的技术。下一步计划是冷却一小群反氢原子,以观察它们在重力作用下是升还是降,回答有关反物质属性的关键问题之一。

  实验还首次测量了被捕获反氢原子的能量分布。根据计算显示,大部分被捕获的反氢原子处于基态。这些研究拓宽了进一步实验的范围,包括精确研究CPT(电荷—宇称—时间反演)对称、凸显万有引力效应的制冷温度等,也为系统地研究磁阱动力学提供了关键工具。