激光技術的突破讓科學家在冷卻反物質的道路上更進一步

在不列顛哥倫比亞大學建設的鈦-藍寶石激光發生器

（圖源：不列顛哥倫比亞大學）

來自歐洲核子研究組織的物理學家們首次觀測到了反氫中的基準原子能級躍遷，這是科學家們向著冷卻和操縱基本形式的反物質的目標邁出的重要一步。

「在常規的氫原子中，萊曼-α躍遷是最基礎、最重要的電子躍遷。在反氫中捕捉到同樣的現象，這為關於反物質的科學打開了新時代的大門。」不列顛哥倫比亞大學的化學家、物理學家隆正百瀬說道。她牽頭研發了用於操縱反氫的激光系統。

「作為冷卻反氫的途徑，這個方法可以讓我們的測量精度大大提升，同時也讓我們可以檢測反物質和重力的相互作用——這至今還是個未解之謎。」

這項成果在今天發佈於Nature雜誌。

眾所周知，當反物質和物質相遇時便會湮滅，因而它們非常難以捕捉或者研究。但是，對於反物質的研究將是揭開一大宇宙奧秘的關鍵：從宇宙大爆炸之初開始，反物質存在的量就理應與物質相等，可是，它們為什麼消失殆盡了呢？

歐洲核子研究組織ALPHA反氫研究團隊的加拿大發言人、加拿大TRIUMF粒子加速器的物理學家真琴藤原表示，「這項發現使得我們離物理學中幾個重大問題的答案更為接近。在過去的幾十年里，科學家們通過光學操控和激光冷卻給原子物理領域帶來了革新。有了這些成果，我們就可以開始用同樣的工具來解釋反物質的謎團。」

反氫原子是氫原子所對應的反物質，由一個反質子和一個正電子構成，而後者則包含一個質子和一個繞轉的電子。

萊曼-α躍遷是一百多年前在氫原子中被發現的。當一系列紫外線被輻射出來的時候，氫原子的電子被激發，從較低的軌道向較高的軌道躍遷，萊曼-α躍遷便被觀測到了。隆正百瀬，真琴藤原，他們的加拿大同事以及歐洲核子研究組織的ALPHA合作組通過僅有幾納秒的激光脈衝，在幾百個被磁場束縛在真空中的反氫原子上實現了同樣的躍遷。

將大量反氫原子束縛足夠長的時間來進行研究本身就是一項十分現實的挑戰了。除此之外精確地校準激光系統的各個組件也需要好幾年的時間。

「其實你根本沒辦法看到用來激發反氫，觸發躍遷的激光脈衝」 隆正百瀬說道，「所以，我們的團隊實際上是蒙著眼睛發射這些激光！」

這個研究團隊接下來的目標是通過激光技術的進步來製造低溫高密度的反原子樣本，它們將用於精確的光譜學和重力測量。

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