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也许反物质终于准备好进行特写观察了。一个物理学家团队已经成功地制造出原始的反物质原子，并将其保持了几分钟，这一进步为详细比较普通物质原子与其奇异的反物质对应物的特性带来了希望。
来自欧洲核子研究中心 (CERN) ALPHA 反物质实验的研究人员，这个欧洲粒子物理实验室，去年报告了首次捕获反氢，最简单的反物质原子。但当时反氢被限制的时间不到十分之二秒。现在这个间隔已经延长了 5000 多倍。在 6 月 5 日在线发表在《自然物理》杂志上的一项研究中，ALPHA 小组报告称，他们已将反氢限制了 16 分 40 秒。对于经常处理 10 的幂的物理学家来说，更相关的数字是 1,000 秒。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
日常物质的亚原子粒子——质子、中子和电子——都有反物质的对应物；当物质遇到反物质时，两者会湮灭并释放出能量。正如中性氢原子由一个质子和一个电子组成一样，反氢原子由一个反质子和一个正电子组成，分别是它们的反物质对应物。
但是，这些粒子与它们普遍存在的物质对应物之间的相互湮灭使得长时间保持反物质非常具有挑战性，而生产和限制多个反粒子的束缚原子排列则更具挑战性。像反氢这样的中性反原子尤其难以限制，因为它们不受电场的影响，而电场可以用来引导带电的反粒子，例如反质子。像 ALPHA 这样的实验转而使用超导磁体来捕获它们的目标。
尽管反原子难以捉摸，物理学家们还是希望能够将它们固定下来，并将反氢的性质与宇宙中最丰富的元素氢进行比较。这些比较可能涉及反原子的激光光谱学研究，或者对反氢如何“感受”重力影响的物理测试。氢和反氢之间的任何差异都可能有助于解释为什么在可观测宇宙中物质胜过反物质。“如果能够做到这一点，那将是理解为什么我们生活在一个物质世界中的巨大进步，”加州大学圣地亚哥分校的物理学家 Clifford Surko 说，他为《自然物理》杂志撰写了评论，评论了这项新研究。“肯定在某个地方存在不对称性，所以这是一个长期目标。”
ALPHA 陷阱中反氢的寿命可能足以开始这些研究。“我们认为我们有能力开始测量一些东西，”丹麦奥胡斯大学的 ALPHA 发言人 Jeffrey Hangst 说。初步研究将涉及用微波照射反原子，试图使它们参与共振相互作用，像指南针的指针从北向南摆动一样翻转它们的自旋。
关键的是，ALPHA 实现的限制时间意味着反氢原子有时间衰变到它们的最低能量态，或基态。“这种反氢形成方法使它们处于高度激发态，”Surko 说。“它们很脆弱，对于反氢的真正高精度测量，你需要它们处于基态。”
Hangst 说，从以毫秒为单位测量的捕获时间到以数百秒为单位测量的捕获时间的飞跃并非源于任何一项重大进步。但是，让反氢原子更频繁地粘在陷阱中对于改进去年的限制实验有很大帮助。现在只需要更少的实验运行就可以证明反氢原子已被捕获。“这里棘手的地方不是保持它们，而是捕获足够多的它们来做实验，”他说。“这里最大的技术进步是我们现在更擅长捕获它们了。”
尽管如此，捕获效率仍然有些低——对于每个被陷阱限制的反原子，同一批次中还有数千个逃逸。在 16 次每次 1,000 秒的捕获实验中，总共只检测到 7 个反氢原子。（研究人员通过快速关闭超导磁体，释放反原子，并观察陷阱壁上的物质-反物质湮灭来证明反氢的限制。）
欧洲核子研究中心 (CERN) 的一项竞争性反物质实验，称为 ATRAP，一直在努力生产更多数量、动能更低的反氢原子，这将有助于捕获它们。但到目前为止，这项努力尚未取得成果。“我们认为，如果原子数量多于 [ALPHA 的速率] 每次试验少于一个原子，那就太好了，”哈佛大学物理学家 Gerald Gabrielse 说，他是 ATRAP 合作组织的发言人。“我们希望不要发表一篇论文说我们每次试验看到 0.6 个原子，而是每次试验 100 个原子。”
Gabrielse 说，ATRAP 小组选择增加陷阱中的原子数量，而不是像 ALPHA 那样提高仪器检测少量反原子的灵敏度。“也许我们做出了错误的选择，”他在谈到那个决定时说。“当然，我们做出的选择是获得较少宣传的选择。”尽管如此，Gabrielse 说他对竞争对手的成功感到鼓舞。“我很高兴他们已经证明你可以捕获反氢原子，”他说。“我认为这表明，如果我们有更多的原子，我们将有时间用它们做一些事情。”