世界上第一个基于激光的反物质操纵（物质上的超凡脱俗的对立物）

时间：2022-06-12 13:25:09 来源：

激光冷却之前（灰色）和之后（蓝色）的ALPHA磁阱中抗氢原子运动的艺术插图。这些图像显示了抗氢轨迹的各种长度。

与基于欧洲核子研究中心（CERN）的ALPHA合作的研究人员宣布了世界上第一个基于激光的反物质操纵方法，利用加拿大制造的激光系统将反物质样品冷却到接近零的绝对值。该成就在今天（2021年3月31日）发表的一篇文章中进行了详细介绍，并在自然杂志的封面上进行了报道，它将大大改变反物质研究的格局，并推动下一代实验的发展。

反物质是物质的超凡脱俗的对立物。它具有几乎相同的特征和行为，但电荷相反。由于反物质原子在与物质接触时会被歼灭，因此在我们的世界中，反物质原子异常难以创建和控制，而且从来没有被激光操纵过。

“今天的结果是在UBC进行的为期一年的研究和工程计划的最终成果，但得到了来自全国各地合作伙伴的支持，”不列颠哥伦比亚大学（UBC）研究人员Takamasa Momose说道，她是ALPHA加拿大团队（ALPHA-加拿大）谁领导了激光的发展。“通过这项技术，我们可以解决长期存在的谜团，例如：‘反物质对重力有何反应？反物质能帮助我们理解物理学中的对称性吗？’。这些答案可能从根本上改变我们对宇宙的理解。”

自40年前问世以来，普通原子的激光操纵和冷却已彻底改变了现代原子物理学，并促成了数项获得诺贝尔奖的实验。自然的结果标志着科学家首次将这些技术应用于反物质。

通过冷却反物质，研究人员将能够执行各种精密测试，以进一步研究反物质的特征，包括可能揭示我们宇宙基本对称性的实验。这些测试可以提供有关宇宙为何主要由物质而不是大爆炸模型所预测的等分物质/反物质构成的线索。

“用激光操纵反物质是一个疯狂的梦想，”加拿大阿尔法（ALPHA）加拿大发言人，TRIUMF科学家，激光冷却理念的最初支持者藤原诚（Makoto Fujiwara）说。“我很高兴，由于加拿大和国际科学家的巨大团队合作，我们的梦想终于实现了。”

激光操纵反物质也为各种前沿物理创新打开了大门。Momose和Fujiwara现在正在领导一个名为HAICU的加拿大新项目，以开发用于反物质研究的新量子技术。“我的下一个梦想是通过将激光冷却的反物质注入自由空间来制造“原子”喷泉。如果得以实现，它将实现以前无法想象的全新的量子测量类别。藤原说。Momose说：“此外，通过使用我们的激光操纵技术将抗原子结合在一起，我们能够制造出世界上第一个反物质分子，距离我们还差了一步。”

这一结果标志着ALPHA长达数十年的反物质研究计划的分水岭，该计划始于2011年创造和捕获创纪录的一千秒钟的反氢。这项合作还首次展示了2012年的反氢光谱，在2013年设置了限制重力对反物质影响的护栏，并在2020年展示了与主要光谱现象相对应的反物质。

参考：2021年3月31日，自然.DOI：
10.1038 / s41586-021-03289-6

加拿大的研究工作由来自加拿大ALPHA（TRIUMF，UBC，西蒙弗雷泽大学，卡尔加里大学和约克大学）以及维多利亚大学和BCIT的研究人员和学生领导。

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