最近,一個由美國和加拿大科學(xué)家組成的國際研究小組,提出了一種為陷落反氫原子制冷的新方法,能使反氫原子溫度比現(xiàn)在所能達(dá)到的溫度低25倍,使它們更穩(wěn)定,便于開展各種實驗操作。研究人員指出,該成果有可能大大推動反物質(zhì)實驗進步,幫人們揭示反物質(zhì)迄今未知的神秘性質(zhì)。相關(guān)論文發(fā)表在最近的國際物理學(xué)會(IOP)出版物《物理學(xué)雜志B輯:原子、分子與光學(xué)物理》上。
反氫原子是在超高真空陷阱中,將反質(zhì)子射入正電子等離子體而形成。在此過程中,反質(zhì)子會捕獲一個正電子,成為一個處于激發(fā)態(tài)的反氫原子,相對于它們的陷落深度而言,其能量較高,會干擾人們對其性質(zhì)的檢測。降低反氫原子能量的方法主要是用激光將其降低到極低溫度。這一過程叫做多普勒冷卻(Doppler cooling),已經(jīng)比較成熟。
測量反物質(zhì)要求嚴(yán)格的參數(shù)限制。“造出必需數(shù)量的波長在121納米的激光,并使這種光配合反氫原子捕獲實驗,這并非瑣碎研究。”論文合著者、美國奧本大學(xué)教授弗朗西斯·羅拜奇奧克斯說,經(jīng)過一系列計算機模擬,他們證明了該方法能將反氫原子冷到約20毫開,而目前紀(jì)錄為500毫開。
“降低了反氫原子能量,對其所有參數(shù)的檢測就可能更加精確。我們的方法能使陷落的反氫原子平均能量降到不足原來的1/10。”羅拜奇奧克斯說,“反氫原子實驗的最終目標(biāo)是將它們的性質(zhì)與氫原子作比較,降低其能量是實現(xiàn)該目標(biāo)的重要一步。”
“無論過程是什么,反氫原子的運動速度越慢,就會陷落得越深,由此損失也會越少。”羅拜奇奧克斯說。2011年,歐洲核子研究中心(CERN)報告說,他們將反物質(zhì)陷落時間延長到1000秒,一年后,人們對反氫原子進行了首次實驗。雖然控制陷落反氫原子的技術(shù)過程已廣為人知,但研究人員認(rèn)為,激光致冷還能使反氫原子被陷落的時間大大增加。
造出更冷的反氫原子,還可用于測量反物質(zhì)的重力性質(zhì)。論文合著者、加拿大國家粒子與核物理國家實驗室的藤原誠說,至今還沒人見過反物質(zhì)在重力場中是上升還是下降,要實現(xiàn)這一觀察,激光致冷技術(shù)是非常重要的一步。
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