物质和反物质之间有何区别?科学家做了这项实验

[ 录入者:zhangms | 时间:2018-10-06 10:44:55 | 作者:叶倾城 | 来源:新浪科技 | 浏览:520次 ]

图中是欧洲核子研究中心反氢激光物理仪器(ALPHA),该仪器将反质子和正电子(电子的反物质对应物)结合在一起,形成一个反氢原子

新浪科技讯 北京时间10月5日消息,据国外媒体报道,此前不管科学家进行怎样的测试,反物质的行为就像普通物质一样。在一项最新研究中,物理学家试图找到物质和反物质之间的区别,令人感到困惑的是,反物质也是一种物质,但它具有相反电荷和其它差异性特征,它们就像一个“双面恶魔”。

然而令科学家不解的是宇宙中为什么会物质多于反物质?其原因并不清楚。物理学家在研究反物质版本的氢(被称为反氢)时并未发现特殊差异,但是他们已经证实比之前更好研究反物质的一种方法。

物理学家将宇宙中的物质以几种方式进行分类区别,其中最令非物理学家感兴趣的是正常物质与反物质之间的对比。每个粒子都有一个质量相同但电荷相反的反粒子,就像它们的镜像一样。在宇宙大爆炸之后,应当存在等量的物质和反物质粒子,当两者相遇,它们将湮灭成为能量,导致一些所谓“宇宙不应当存”的观点出现。但是出于某种原因,构成你、我、地球、太阳以及我们现实中所看到的任何事物,基本上都是普通物质。依据欧洲核子研究中心(CERN)数据表明,宇宙中每10亿个粒子仅有1个是反物质粒子。

欧洲核子研究中心物理学家古恩·卡特里(Gunn Khatri)说:“反物质物理研究团体正在试图找到物质-反物质在不同领域的差异,实验实现的每一个进步环节都让我们更接近回答一个问题——‘为什么反物质数量比普通物质更少?’”

科学家希望理解反物质在欧洲核子研究中心一种叫做“反质子减速器”工具的应用状况,该设备制造并减缓质子的反物质对应物。反氢激光物理仪器(ALPHA)将这些反质子和正电子(电子的反物质对应物)结合在一起,形成一个反氢原子。

一旦研究人员捕获反氢原子,他们就会像研究普通原子一样探测它们。在每一轮实验中,反氢激光物理仪器科学家使用激光脉冲发射500个反氢原子,导致原子的电荷跃迁至更高的能量状态。之后电荷回落,反氢原子释放出具有波长特征的光子,这就是著名的“莱曼-阿尔法跃迁(Lyman-alpha transition)”,天文学领域经常使用该理论研究遥远天体目标。

依据发表在《自然》杂志上的研究报告,研究人员测量了释放的光子,它们基本上与普通氢原子的波长相同。在这一点上,研究人员继续观察这些属性,希望发现看似相近的物质与反物质之间存在的差异。但是这项实验有第二个重要应用,欧洲核子研究中心反氢激光物理仪器发言人杰弗瑞·汉格斯特(Jeffrey Hangst)说:“我们希望使用这项实验进行激光反氢原子冷却,这是首次在实验中证实新型激光冷却方法是可行的。”

物理学家使用激光捕获和冷却原子,使其温度接近绝对零度。该项研究报告指出,观察电子跃迁至一个能量等级,并在反氢原子的激光脉冲下释放光子是“决定性的技术步骤”。这表明科学家可能很快就能利用激光冷却反物质原子,这将使他们能够执行更精确的测量。比如:反氢激光物理仪器(ALPHA),将很快实现设备升级,允许反氢原子能量等级降低,在该过程中观察是否它们与重力作用发生交互,而不是与氢原子。这将是另一项重要的测试。(叶倾城)

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