新方法可将反氢原子温度降低25倍

根据物理学家网络，最近一个由美国和加拿大科学家组成的国际研究小组提出了一种冷却被俘获的反氢原子的新方法，这种方法可以使反氢原子的温度比当前温度低25倍，使它们更加稳定，并便于各种实验操作。研究人员指出，这项成就可能会极大地促进反物质实验的进展，并帮助人们揭示迄今未知的反物质的神秘本质。相关论文发表在国际物理学会(IOP)最新出版物《物理学杂志系列B:原子、分子和光学物理学》上。反氢原子是通过在超高真空阱中将反质子注入正电子等离子体而形成的。在这个过程中，反质子将捕获一个正电子，成为一个受激的反氢原子，其能量相对于它们的坍缩深度相对较高，这将干扰对其性质的检测。降低反氢原子能量的主要方法是用激光将其降低到极低的温度。这个过程被称为多普勒冷却，是相对成熟的。测量反物质需要严格的参数限制。“制造出所需数量的波长为121纳米的激光器，并将这种光与反氢原子俘获实验相匹配，这不是一项简单的研究。”该论文的合著者，美国奥本大学的弗朗西斯·罗巴乔教授说，经过一系列的计算机模拟，他们已经证明这种方法可以将反氢原子冷却到大约20毫凯，而目前的记录是500毫凯。“通过减少反氢原子的能量，对其所有参数的检测可能会更加准确。我们的方法可以将反氢原子的平均能量降低到原来的1/10以下。”Robacheaux说，“反氢原子实验的最终目标是将它们的性质与氢原子进行比较，降低它们的能量是实现这一目标的重要一步。”“不管过程是什么，反氢原子移动得越慢，下落得越深，损失得越少。”罗巴乔说。2011年，欧洲核研究中心(CERN)报告称，他们已经将反物质的下落时间延长至1000秒。一年后，进行了第一次反氢原子实验。尽管控制反氢原子下落的工艺过程是众所周知的，研究人员相信激光冷却也能大大增加反氢原子下落的时间。制造更冷的反氢原子也可以用来测量反物质的重力性质。该论文的合著者和加拿大国家粒子和核物理实验室的藤原说，到目前为止，还没有人看到反物质在重力场中上升或下降。要实现这一观察，激光冷却技术是非常重要的一步。