一项新实验证实反物质无关紧要

反物质失去了更多的兴奋。

物理学家知道，自然界中的每一个基本粒子都存在一个反粒子，这是一个具有相同质量但具有相同和相反性质（例如电荷和自旋）的邪恶双胞胎。。 当这对双胞胎相遇时，他们会互相消灭，并在接触时释放出一道闪光的能量。

在科幻小说中，反粒子提供曲速发动机所需的动力。 一些物理学家推测反粒子会受到引力的排斥，甚至会在时间上倒退。

欧洲核子研究中心（CERN）的一项新实验将部分猜测带回了现实。 事实证明，在引力场中，反粒子就像我们一样下落。 “最重要的是，天下没有免费的午餐，我们将无法利用反物质升空，”加州大学伯克利分校的乔尔·费根斯说。

Fagans 博士是名为 ALPHA 的国际团队的成员，该团队是一个反氢激光物理仪器合作组织，该团队总部位于欧洲核子研究组织 (CERN)，由丹麦奥胡斯大学粒子物理学家杰弗里·汉斯特 (Jeffrey Hangst) 领导。 费根斯博士和他的同事组装了大约 100 个反氢原子，并将它们悬浮在磁场中。 当磁场缓慢降低时，反氢原子像十月的枫叶一样向下漂移，并以与常规原子相同的向下加速度或重力速率：每秒约 32 英尺。 他们 他们于周三公布了结果 在《自然》杂志上。

一些物理学家对这个结果感到惊讶。 根据爱因斯坦的广义相对论，所有形式的物质和能量都对引力产生同等的反应。

“如果你走进这个系的大厅并询问物理学家，他们都会说这个结果一点也不奇怪。” 乔纳森·沃特利这位加州大学伯克利分校的物理学家在该校发布的公告中表示。 十年前，他首先向费根斯博士建议了这项实验。 “这就是现实，”沃泰利博士说。

“但他们中的大多数人也会说必须进行实验，因为你永远无法确定，”他补充道。 “相反的结果可能会产生重大影响。”

玻璃世界

1928 年，物理学家保罗·狄拉克发现描述电子的量子力学方程有两个解，这是后数学性质最令人惊讶的例子之一。 其中，电子带负电； 这种粒子是化学和电学的支柱。 在另一种溶液中，颗粒带正电。

这个粒子是什么？ 狄拉克认为它是质子，但后来因原子弹而闻名的罗伯特·奥本海默认为这是一种全新的粒子：正电子，与电子相同，但带有正电荷和自旋。 两年后，加州理工学院的卡尔·安德森在宇宙射线簇射中发现了正电子，这一发现为他赢得了诺贝尔物理学奖。

反物质的诱惑就这样诞生了。 带正电的质子在原子核中占主导地位，被带负电的反质子抵消。 反电子称为正电子。 中子也存在于原子核中，具有反中子。 组成质子的夸克有反夸克，等等。

原则上，可能存在着反生命居住的整个反世界。 有个笑话说，如果你遇见自己，那个人会伸出左手握手，但你最好不要接，否则你们都会爆炸。

对于科学家来说，反物质的令人兴奋的不仅仅是将其添加到具有奇怪名称的粒子列表中。 对他们来说，研究反氢原子是检验一些关于自然的深刻假设的第一步，这些假设认为反物质的外观和行为应该与普通物质相似。

在过去的 20 年里，阿尔法小组的科学家一直在欧洲核子研究中心收集反物质，从大型强子对撞机的碰撞中提取高能反质子，并将它们从光速减慢到每秒几百英尺的速度，温度约为比绝对零度高 15 度。 然后，反质子与放射性钠衰变产生的反电子或正电子云在电场控制的所谓混合陷阱中混合。

普通氢是宇宙中最简单、最丰富的元素，由带正电的质子和伴随的带负电的电子组成。 阿尔法实验产生了一些反氢原子：原子核是一个反质子，周围有一个正电子。

2002 年，Hangst 博士报告称，正如爱因斯坦预测的那样，这些反氢原子发射和吸收的光的频率和波长与普通氢相同。 费根斯博士说，从那时起，大量的间接实验强烈表明反物质也被自然吸引。 但这些实验并没有得出结论，因为重力还不到用于对付反原子的电磁场强度的万亿分之一。

瓶子里的战斗信息

在最后的实验中，反氢原子被磁场限制在一个 10 英寸高的金属容器内。 由于反氢原子（如氢）自身带有轻微的磁场，因此它们会从瓶壁上弹回。

还可以调整磁场来抵消重力并将反氢原子悬浮在瓶子中。 在实验中，当磁场慢慢减小时，原子最终逃离了磁场，并在室壁上瞬间湮灭。 根据统计分析，大约 80% 的闪光发生在腔室底部。 这表明重力通常会将反原子拉下来，就像它对普通物质的作用一样。

任何对氢和反氢之间预期对称性的违反都会从根本上动摇物理学的核心。

沃泰利博士说这并没有发生。 “这个实验是第一次直接测量中性反物质的重力，”他说。 “这是中性反物质科学领域发展的又一步。”

但结果却留下了另一个谜团。 根据相对论和量子力学（这两种支配宇宙的对立理论），大爆炸应该创造出等量的物质和反物质，而它们早就应该相互湮灭。

然而，我们的宇宙都是物质，除了宇宙射线阵雨和粒子对撞机的碰撞之外，没有任何反物质原子。 所以发生了什么事？ 为什么宇宙是有东西而不是空无一物？ 这个问题已经被问了近一个世纪了。

三年前，日本进行的一项涉及被称为中微子的奇怪粒子的实验揭示了宇宙不平衡的证据。 在大型强子对撞机中，有一个名为 LHCb 的完整仪器，致力于寻找物质和反物质之间可能打破宇宙平衡的任何差异。

当被问及 ALPHA 试验的结果是否为 LHCb 团队提供任何见解时，Wortelli 博士说：“由于我们的答案与自然重力一致，不幸的是，我认为它没有给出任何提示。” 换句话说，我们仍然不知道自己为什么会在这里。