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CERN 首度成功观测反物质的频谱

虽然结果完全符合预期,但对解开宇宙诞生的大谜团并没有帮助。

Andy Yang
2016 年 12 月 20 日, 傍晚 08:02

反物质因为只要一和物质接触就会相互湮灭,释放大量的能量,所以光是要制备就已经困难重重,更不要说对它的物理特性做深入的研究了。经过了数十年的研究,科学家才终于辛辛苦苦地从制造反电子(带正电的电子,又称正子)、反质子(带负电的质子)开始、慢慢能将两者组合成反氢,但是正子和反质子都带有电荷,所以相对容易储存,然而一旦合成了电中性的反氢之后,很快反氢就会跑不见了,所以一直以来都没办法对反物质做进一步的量测。

这次 CERN 的 ALPHA 团队制造了一个极强力的「磁场陷阱」,利用反氢极微弱的磁性,终于将足够量的反氢限制在一处(一次制造 25,000 颗反氢原子,大约可以抓住 14 颗),足够科学家们快速闪过镭射光,测量反氢的频谱。这是一个非常重要测试,因为照标准模型预测,反物质应该和正常物质拥有相同的频谱,而反氢是我们能取得的第一个能量测频谱的反物质。不知道该说是好事还是坏事,最终的结果证实了反物质确实和正常物质的频谱一致,进一步强化了标准模型的正确性。但以科学的角度来说,有出乎意料之外的结果才是让科学进步的动力吧?

照目前已经的物理学原理来预测,宇宙诞生时,产生的「物质」和「反物质」的量应该完全一致,但基于一些我们不理解的原因,最后「物质」却在数量上占了些微的上风(大约每十亿个粒子多一颗),在全部相互湮灭后留存了下来,成为今天宇宙中的一切。这现象称为「重子不对称性」,是物理学界一个暂时无解的大谜团 -- 科学家原先期待能由反物质本身与物质的某种物理特性上的不对称,来解释为什么会是物质留下来,但今天的实验指向两者确实除了电荷相反外,其他特性都相同,让这个方向碰了壁。所以为什么你我存在,目前依然是个无解的谜喔。

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