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物理学家首次观测到反物质的“指纹信息”

2017-8-16 12:51:13来源:新浪科技作者:叶倾城责编:骑士 评论:

北京时间8月16日消息,据国外媒体报道,目前,科学家首次在反物质原子上观察到类似“指纹”的特殊光谱线。迄今为止,研究人员仅能观察到一些反物质光谱线,但是他们表示特殊光谱线的详细信息将揭开反物质研究的“新篇章”。

来自全球17个研究机构的50位物理学家相信,这项发现将有助于洞悉宇宙的神秘面纱。研究负责人、加拿大西蒙弗雷泽大学迈克尔·海登(Michael Hayden)教授说:“通过研究反原子的属性,我们希望掌握我们生活宇宙的更多信息。”

海登是“阿尔法合作体”的成员之一,该组织致力于研究反氢原子——与普通氢原子对应的反物质。众所周知,光谱线非常像指纹,每个元素都有其独特的模式。它可应用于普通物质,但是物质和反物质被认为彼此镜像(这意味着反物质原子的特殊光谱线与普通原子的光谱线完全精确),但是之前我们不知道这是什么情况。

欧洲核子研究中心进行这项研究,欧洲核子研究中心是世界上最大的粒子物理实验室。此前研究人员仅能捕捉到反物质特殊光谱线,这项最新研究开启了反物质研究的新篇章。

研究人员使用微波辐射反氢原子,类似于那些用于卫星通信的原子。这将导反原子在非常特殊的光谱下喷射或者吸收能量,从而透露出它们的“身份”,这种模式、或者频率的光谱对应于“指纹”。

之前科学家使用激光刺激反物质原子,并使其发光,这是揭晓宇宙重大谜团的关键一步,他们在欧洲核子研究中心(CERN)进行ALPHA实验(图中所示)。

图中是瑞士日内瓦市被夜晚灯光照亮的欧洲核子研究中心。

科学实验研究表明,反氢原子的特殊光谱线与普通原子光谱线相匹配,意味着即使在反物质之中,特殊光谱线也存在匹配。这项研究是由欧洲核子研究中心(CERN)进行的,它是世界最大粒子物理实验室。

研究人员使用微波辐射反氢原子,类似于那些用于卫星通信的原子。这将导反原子在非常特殊的光谱下喷射或者吸收能量,从而透露出它们的“身份”,这种模式、或者频率的光谱对应于“指纹”。西蒙弗雷泽大学物理学博士贾斯汀·慕尼黑(Justine Munich)说:“我们面临的一个巨大挑战是物质和反物质彼此接触时会互相湮灭,我们必须将它们分开。”

我们无法仅将反原子放入一个普通容器之中,它们必须被捕获,或者放入一个特殊的磁瓶中。同时,这项研究将有助于洞悉为什么反物质在实验室之外数量非常有限。海登说:“我们可以在实验室里制造反物质,但它们似乎并不存在,除非是微小的数量。这是为什么呢?我们仅是不知道,但或许反氢原子能对我们提供一些线索。”科学家试图搞清楚反物质长期位于何处。

大爆炸被认为产生了等量物质和反物质,但是现今宇宙大部分是由普通物质组成,几乎没有反物质存在。美国物理学家唐爱红(音译)说:“虽然科学家知晓这一谜团已有数十年,但很少出现相关线索,它仍是科学重大挑战之一。我们对反物质自然属性的了解,将潜在有助于揭晓这一谜团。”

科学家使用叫做“相对论重离子对撞机(RHIC)”的粒子加速器,能够测量成对反质子之间的交互作用。他们发现反质子对之间作用力非常吸引人,就像原子内部聚集质子的强核力一样。另一位使用RHIC对撞机研究反质子交互性的张正桥(音译)说:“我们观察到大量质子,这是传统原子的基本组成部分,它们与反质子几乎拥有相同的数量。”

反质子看上去就像熟悉的质子,但因为它们是反物质,它们带负电荷,而不是正电荷,所以它们在探测器的磁场中是相反方向。这项实验表明,物质和反物质是对称的,这意味着一些不对称现象无法解释宇宙中物质持续存在性,以及反物质的稀缺。该研究表明,这是物质/反物质不对称性的另一个解释,但它可能是什么,仍有待于揭晓。

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