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它是科幻小说和作家丹·布朗财富的重要组成部分——反物质。
欧洲核子研究中心（CERN）是位于日内瓦的欧洲粒子物理实验室，该机构的一个研究小组首次成功地约束了这种物质的原子。多年来，实验室已经制造出转瞬即逝的反物质原子，但直到现在，捕获这些难以捉摸的原子进行详细研究的能力仍然遥不可及。（被约束的反物质数量比布朗的小说《天使与魔鬼》中阴险的阴谋者从欧洲核子研究中心偷走的反物质数量要小几个数量级。）
这项新进展由欧洲核子研究中心的ALPHA合作实验于11月17日在《自然》杂志上在线发表，这仅仅是一项原理验证——反原子仅被约束了不到十分之二秒——但这项研究可能为新一轮的基础物理测试奠定基础。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
ALPHA小组在真空阱中混合了反粒子，制造出反氢原子，然后在释放之前将其短暂地保存在阱中。反物质与普通物质接触时会湮灭，因此当反原子撞击阱壁时，会消失在一连串被称为π介子的次级粒子中。通过追踪这些湮灭产物，物理学家们得出结论，他们成功地制造、捕获并释放了数十个反氢原子。
中性氢由一个质子和一个电子组成；反氢由相应的反粒子、反质子和反电子组成。构成反原子的组成反粒子本身并不十分奇特。反电子，也称为正电子，广泛应用于PET（正电子发射断层扫描）扫描仪。几十年来，反质子已经被制造出来并加速到高能量，用于粒子对撞机中的撞击。
但是，将反电子与反质子结合形成氢原子的束缚反物质对应物，直到20世纪90年代中期才实现。而那些早期在欧洲核子研究中心和美国费米国家加速器实验室产生的反原子是“热”的，以接近光速的速度运动。控制具有如此强大动能的反原子的难度，促使各研究小组寻求更容易被约束和研究的“冷”反物质。
丹麦奥胡斯大学的物理学家、ALPHA发言人杰弗里·汉斯特说：“我从不担心制造反氢，但控制住它完全是另一回事。” “我们有点欣喜若狂，委婉地说，它运行得如此出色。”
除了与物质接触时会湮灭之外，约束反氢的挑战在于它是电中性的，因此用于引导和约束带电反粒子的相同阱一旦这些反粒子结合成原子就毫无用处了。从好的方面来看，物理学家可以在混合反粒子后用施加的电场扫过阱，以清除任何未结合成反氢原子的反质子和反电子。“它是中性的，因此很难以任何方式影响它，但它仍然具有磁矩，”汉斯特说。“你可以把它想象成一个小的指南针指针，它对外磁场做出反应。”
借助超导磁体，汉斯特的小组能够操纵中性反原子，捕获它们——无论多么短暂——然后在关闭磁体之前让反物质游走，并通过湮灭显现出来。探测这些受限反原子的关键是开发出可以几乎瞬间关闭的超导磁体，这使得研究人员能够在短短30毫秒的时间内寻找来自物质-反物质湮灭的π介子。探测器经常受到宇宙射线的撞击，宇宙射线会模拟湮灭信号，因此缩小物质-反物质湮灭应该发生的时间窗口，可以显著降低物理学家必须筛选以识别真实湮灭事件的背景噪声。
ALPHA探测到的38个湮灭信号远高于预期的1.4次背景事件，这有力地表明，反氢原子在从约束中释放出来后，确实撞击了阱壁。“我确信他们已经成功捕获了一些反氢原子，”费米实验室物理学家戴维·克里斯蒂安说。“这是他们实验计划中的一个重要里程碑。”
如果原理验证能够实现更可靠的反原子捕获，研究人员就可以检验许多关于反物质应该如何表现的长期理论。例如，所有迹象都表明，引力对反氢的作用应该与对氢的作用相同，但实证检验尚不可行。“有很多论点可以解释为什么它的行为应该与物质完全一样，但这些仅仅是论点，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家迈克尔·涅托说。
物理学家还希望使用激光光谱学研究反原子，以探测其能级结构；根据基本物理理论，反氢应该具有与普通氢相同的光谱。克里斯蒂安说，任何检测到的偏差“都将是一件大事”。“他们是否能够进行光谱学研究还有几步之遥，但他们已经取得了长足的进步。” 汉斯特粗略估计，研究人员可能需要在几秒的时间尺度上约束100个反原子，以探测它们的结构。他指出，目前正在进行的改进反原子捕获寿命的工作进展非常顺利。
与此同时，欧洲核子研究中心的另一个竞争小组ATRAP也在加快推进他们自己的冷反氢计划。哈佛大学物理学家、ATRAP发言人杰拉尔德·加布里埃尔斯说，他对新的公告感到“高兴”，但他的小组正在采取略有不同的策略。“近来，我们几乎完全专注于生产含有更多粒子的更冷的反质子等离子体，”加布里埃尔斯说。“我们希望借助这些等离子体，我们可以制造出更多的反氢原子，这些反氢原子足够冷，可以被捕获更长的时间，以满足激光光谱学的需要。”