物理学家使反物质原子保存时间延长至17分钟(组图)

用于提取反物质原子的核心部件



欧洲核子研究中心的科学家利用反氢激光物理仪器（ALPHA）捕获到了数量可观反氢原子，共计309个，并使其在粒子陷阱装置中保存了1000秒（约17）分钟---据说以目前的技术已经可以达到39分钟，使其保存时间较以往增加了四个数量级。2010年，欧洲原子能研究中心（CERN）利用反氢激光物理仪器（ALPHA）第一次创造出并捕获到了数量可观的飞行状态下的反氢原子，不过这个“可观”只是相较过去而言，当时的技术力仍然只允许他们将38个反氢原子用磁场保存0.172秒，在这么短的时间内对这么少的原子进行研究和分析，显然还是不太够。

用于提取反物质原子的磁场示意图



科学家表示，要想保存住反物质原子是十分困难的事，没有足够强的电荷和磁场，反物质原子是很难停留在磁场中的。一般反物质原子往往只会出现几毫秒就会立即消失。科学家们利用多个磁场的综合作用，将反质子和正电子组合到一起，才形成反氢原子，然而，由于反氢原子不带电，不能通过电磁方法进行捕捉，只能利用通过原子转动时产生的磁矩（magnetic moment）通过磁力方面的途径去进行约束和捕捉，其难度可想而知。为成功捕捉反氢原子,科学家们对分离器进行了深度冷却，并为此加装了结构异常复杂的设备。

此次实验为今后的反物质研究打下了更为坚实的基础。接下来，欧洲核子研究中心的科学家们计划研究，万有引力对反物质的影响。通过试验，观看反氢原子在没有约束的情况下，受到重力影响后是被吸引呢还是被排斥——换言之，反物质与我们的世界的相互作用力是否相反。

科学家们正在实验室里构建结构复杂的反物质研究设备



当然，在目前的物理学框架下，几乎可以确定反氢原子仍然会受到地球重力而“下落”。在下一步的试验中，ALPHA小组将会把一些反氢原子冷却到接近绝对零度的状态、让它们的运动变得极为缓慢，然后取消磁场约束，观察它们的坠落方向。虽然希望渺茫，但假如反氢原子“向上坠落”，反重力就将成为可能，而人类的未来也会因此而变得与众多科幻故事更为相似。此前，曾有科学家表示，研究万有引力对反物质的影响可能性几乎为零，因为科学家们所能控制住的反物质十分少，而且其留存时间是极其短暂的。

但此次实验中，科学家们成功将反物质的保存时间延长了4倍，为进行进一步研究提供了条件。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。

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