在不列顛哥倫比亞大學(xué)建設(shè)的鈦-藍(lán)寶石激光發(fā)生器（圖源：不列顛哥倫比亞大學(xué)）
來自歐洲核子研究組織的物理學(xué)家們首次觀測到了反氫中的基準(zhǔn)原子能級(jí)躍遷，這是科學(xué)家們向著冷卻和操縱基本形式的反物質(zhì)的目標(biāo)邁出的重要一步。
“在常規(guī)的氫原子中，萊曼-α躍遷是最基礎(chǔ)、最重要的電子躍遷。在反氫中捕捉到同樣的現(xiàn)象，這為關(guān)于反物質(zhì)的科學(xué)打開了新時(shí)代的大門。”不列顛哥倫比亞大學(xué)的化學(xué)家、物理學(xué)家隆正百瀬說道。她牽頭研發(fā)了用于操縱反氫的激光系統(tǒng)。
“作為冷卻反氫的途徑，這個(gè)方法可以讓我們的測量精度大大提升，同時(shí)也讓我們可以檢測反物質(zhì)和重力的相互作用——這至今還是個(gè)未解之謎。”
這項(xiàng)成果在今天發(fā)布于Nature雜志。
眾所周知，當(dāng)反物質(zhì)和物質(zhì)相遇時(shí)便會(huì)湮滅，因而它們非常難以捕捉或者研究。但是，對于反物質(zhì)的研究將是揭開一大宇宙奧秘的關(guān)鍵：從宇宙大爆炸之初開始，反物質(zhì)存在的量就理應(yīng)與物質(zhì)相等，可是，它們?yōu)槭裁聪ТM了呢？
歐洲核子研究組織ALPHA反氫研究團(tuán)隊(duì)的加拿大發(fā)言人、加拿大TRIUMF粒子加速器的物理學(xué)家真琴藤原表示，“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)使得我們離物理學(xué)中幾個(gè)重大問題的答案更為接近。在過去的幾十年里，科學(xué)家們通過光學(xué)操控和激光冷卻給原子物理領(lǐng)域帶來了革新。有了這些成果，我們就可以開始用同樣的工具來解釋反物質(zhì)的謎團(tuán)。”
反氫原子是氫原子所對應(yīng)的反物質(zhì)，由一個(gè)反質(zhì)子和一個(gè)正電子構(gòu)成，而后者則包含一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)繞轉(zhuǎn)的電子。
萊曼-α躍遷是一百多年前在氫原子中被發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)一系列紫外線被輻射出來的時(shí)候，氫原子的電子被激發(fā)，從較低的軌道向較高的軌道躍遷，萊曼-α躍遷便被觀測到了。隆正百瀬，真琴藤原，他們的加拿大同事以及歐洲核子研究組織的ALPHA合作組通過僅有幾納秒的激光脈沖，在幾百個(gè)被磁場束縛在真空中的反氫原子上實(shí)現(xiàn)了同樣的躍遷。
將大量反氫原子束縛足夠長的時(shí)間來進(jìn)行研究本身就是一項(xiàng)十分現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)了。除此之外精確地校準(zhǔn)激光系統(tǒng)的各個(gè)組件也需要好幾年的時(shí)間。
“其實(shí)你根本沒辦法看到用來激發(fā)反氫，觸發(fā)躍遷的激光脈沖” 隆正百瀬說道，“所以，我們的團(tuán)隊(duì)實(shí)際上是蒙著眼睛發(fā)射這些激光！”
這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)接下來的目標(biāo)是通過激光技術(shù)的進(jìn)步來制造低溫高密度的反原子樣本，它們將用于精確的光譜學(xué)和重力測量。
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