這個反物質的開創性實驗可揭開一個重大的宇宙謎團

根據理論預測，宇宙大爆炸產生了等量的物質和反物質。由於它們會相互湮滅，物理學家一直在試圖弄清為什麼宇宙只留下了相對較小數量的正常物質——演化出我們所知的星系、恆星、行星和最終生命——而反物質卻消失了。

數十年來，歐洲核子研究組織（CERN）的研究人員一直在研究如何製造出最基本原子（氫）的反物質版本，並能俘獲它足夠長的時間來進行相關研究。

在最新發表於《自然》（Nature）雜誌上的一篇論文中，CERN報道了反氫原子的實驗結果。當用激光激發時，反氫原子與正常物質世界中的氫原子在相同的紫外線頻率下產生完全相同的光。

給原子照射能量（CERN使用激光），然後觀察它們吸收和發射怎樣的光，每種原子都有其獨特的光譜線，這就是光譜學的原理。這是在物理學、化學甚至天文學中常用的工具，用於確定實驗室或甚至遙遠星系中物質的原子組成。

來自CERN的反氫激光物理裝置項目（ALPHA）、主導這項研究的Jeffrey Hangst教授表示，這是物理學家首次能夠控制一個反氫原子足夠長的時間來直接測量其行為，並將其與常規氫原子作對比。科學家想要知道正反物質是否遵循相同的物理定律，這一直是反物質研究的一個主要目標。

正反氫原子湮滅，以光的形式釋放出能量

因為在氫是宇宙中最豐富的元素，這很容易與任何可能存在的反氫原子湮滅，所以在自然界中幾乎找不到反氫原子。因此，科學家需要人工合成反氫原子。氫原子是由一個帶負電的電子和一個帶正電的質子組成，而反氫原子正好相反，它是由一個帶正電的電子和一個帶負電的質子組成。

在過去的20年中，ALPHA團隊一直在研究如何生產足夠多的反氫原子，並終於通過一種技術能每15分鐘就製造出大約25,000個反氫原子，並捕獲了其中的14個。

然後這些被捕獲的反氫原子被激光照射以迫使它們的正電子從較低能級躍遷至較高能級。當正電子回到較低能級時，物理學家就可以測量出所釋放的光量。研究小組發現，通過相同的測試，反氫原子發出的光與普通氫原子完全相同。

反氫激光物理裝置

長久以來，物理學家認為反物質是正物質的鏡像。而這個新的研究結果與粒子物理學的標準模型一致，它預測氫原子和反氫原子具有相同的發光特性，這也是愛因斯坦的狹義相對論所要求的。

物理學家表示，解釋究竟為什麼狹義相對論需要反物質與正物質呈鏡像關係涉及很多數學，但簡而言之，如果這種鏡像關係不夠精確，那麼狹義相對論背後的基本想法就不完全正確。

此外，如果物質和反物質不互為鏡像，即反物質不遵守與常規物質相同的物理定律，那現有的宇宙大爆炸模型將是有缺陷的。至少，目前來看還是沒有問題的。