在一项技术壮举中，物理学家首次测量了反物质原子如何吸收光。
位于日内瓦郊外的欧洲粒子物理实验室 CERN 的研究人员，将紫外激光照射到反氢原子上，反氢原子是氢的反物质对应物。他们测量了使正电子（反电子）从最低能级跃迁到下一个能级所需的光频率，发现与普通氢中相应的能量跃迁没有差异。
这个零结果对于数十年来一直致力于反物质光谱学研究（即研究反物质如何吸收和发射光）的研究人员来说仍然是令人兴奋的。希望这个领域可以为已知物理定律的基本对称性（称为 CPT（电荷-宇称-时间）对称性）提供新的测试。
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CPT 对称性预测反物质和物质中的能级应该相同。即使是这条规则的最微小的违反，也需要对粒子物理学的标准模型进行认真的重新思考。
德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学的光谱学家兰多夫·波尔几乎无法抑制自己的兴奋。“哇，”他在给《自然》杂志的电子邮件中说。“经过这么多年，这些人终于设法在反氢中进行了光学光谱学研究。这是对外来原子研究的里程碑。”
加利福尼亚州门洛帕克 SLAC 国家加速器实验室的理论物理学家迈克尔·佩斯金说：“令人惊奇的是，人们可以将反物质控制到这种程度。”
冷反氢
研究反物质极其困难，因为它只要与普通物质接触就会湮灭。2010 年，CERN 的 ALPHA 合作组织展示了如何将反氢原子保存在磁阱中——并且从那时起，一直在努力研究其与光的相互作用。
大约每 15 分钟，ALPHA 小组可以产生约 25,000 个反氢原子。为了制造它们，物理学家将放射性物质发射的正电子与粒子加速器产生的反质子结合，然后减速并冷却。
大多数这些原子都太“热”——移动太快，并且处于太高的能量状态——不适合光谱学研究。因此，研究人员必须让它们逃离磁阱，只留下少数最慢、能量最低的反氢原子。ALPHA 发言人杰弗里·汉斯特说，完善这项技术花费了数年时间。“制造反氢相对容易；制造冷反氢真的很难，”他说。
最后，ALPHA 团队能够看到，当研究人员以特定频率照射激光时，反氢原子是否会像它们的氢对应物一样作用。该小组表示，它们确实如此：能量跃迁与 100 亿分之 2 的精度一致，他们于 12 月 19 日在《自然》杂志上报告1。
“你为一个东西付出了很多努力，它最终成功了。几乎没有语言可以形容它，”汉斯特说。
接下来，研究人员希望用更大范围的激光能量探测反氢。这可以为物质-反物质等价性和 CPT 对称性提供更严格的测试。
许多理论（例如弦理论）通过将引力与亚原子物理学的其他三个基本力结合起来，从而超越标准模型，确实涉及某种 CPT 违规，佩斯金说。“因此，CPT 是否是自然的真实对称性根本不清楚，”他说。
CERN 的另外两个实验（称为 ATRAP 和 ASACUSA）正在与 ALPHA 竞争以测量反物质光谱学。ATRAP 的领导者、马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的物理学家杰拉尔德·加布里尔斯说，他大约在 30 年前首次提出测量 ALPHA 团队报告的反氢中的特定能量跃迁。“我们早十年开始，他们先得到了这个结果，”他说。“祝贺 ALPHA。”
本文经许可转载，并于2016 年 12 月 19 日首次发布。