反物質測量最高精度萬億分之二 仍無法解釋最大謎團

　　反物質測量最高精度萬億分之二 仍無法解釋最大謎團

　　2018年04月12日 07:45 新浪科技

　　
　　

　　新浪科技訊 北京時間4月12日消息，據國外媒體報道，目前，科學家對反物質進行了最精確測量，精度可達到萬億分之二。但是，研究結果只會使宇宙中生命和任何事物存在謎團變得更加撲朔迷離。

　　最新測量結果表明，在相當高的精確度下，反物質和物質的行為特徵是相同的。迄今所有測量都無法解釋物理學一個最大謎團：如果宇宙大爆炸過程中產生等量物質和反物質，為什麼現今宇宙主要是由物質構成？

　　我們的宇宙是建立在對立平衡基礎之上，對於每種類型由物質構成的「正常粒子」，都有一個相同質量的共軛反粒子，與它同時產生相反的電荷。電子擁有相反的反電子，或者正電子；質子擁有反質子等等。

　　當物質與反物質粒子相遇時，它們會相互湮滅，只留下剩餘能量。物理學家認為，宇宙大爆炸產生的物質和反物質應該是等量的，而且每一種都確保另一種共同毀滅，使早期宇宙失去生命構建成分。然而現今宇宙完全充滿物質，並孕育誕生了地球生命。

　　但當前存在一個問題：我們並不知道宇宙大爆炸產生的任何原始反物質，如果反物質和物質行為特徵是相同的，為什麼一種能夠在大爆炸中倖存，而另一種卻沒有呢？

　　日本理化研究所物理學家斯蒂芬·烏爾默（Stefan Ulmer）稱，回答這些問題的一個最佳方法是測量物質的基本屬性和反物質的共軛屬性，儘可能精確地比較這些研究結果。如果物質屬性和相關反物質屬性之間存在輕微偏差，這可能是物理學最大疑團的首個重要線索。2017年，科學家發現一些物質和反物質行為存在輕微差異，但是該研究結果在統計方面不能算為一項重大發現。

　　研究報告作者、丹麥奧胡斯大學物理學家傑弗瑞·漢格斯特（Jeffrey Hangst）稱，但是如果科學家想操控反物質，他們就得煞費苦心地製造反物質。最近幾年，一些物理學家開始研究反氫原子（antihydrogen），或者氫的反物質形式，因為氫是「我們在宇宙中最了解的元素之一」。製造反氫原子涉及到混合9萬個反質子和300萬個正電子，從而產生5萬個反氫原子，科學家在一個28厘米長的圓柱管中進行實驗，發現僅有20個被磁鐵捕獲。

　　目前，這項最新研究報告發表在4月4日出版的《自然》雜誌上。漢格斯特研究小組獲得了一個前所未有的標準測量：他們已實現對反氫原子或者迄今任何類型反物質的最精確測量，在1.5萬個反氫原子中（在混合反質子和正電子的實驗中進行了750多次），他們研究了原子從低能級躍遷至高能級時，釋放或者吸收光線的頻率。

　　研究人員的測量結果顯示了反氫原子的能量等級和光吸收數據，與氫原子相一致，其精確度達到萬億分之二，顯著提高了之前的測量精確度。

　　烏爾默指出，非常罕見的是，實驗者設想提高了100倍精確度，他認為，如果漢格斯特研究團隊繼續這項研究工作10-20年，他們將提高氫譜精確度1000倍。

　　對於漢格斯特——歐洲核子研究中心（CERN）阿爾法合作發言人，這一研究結果是數十年取得的成績。他說：「捕獲和持有反物質都是一項重大成就。」

　　漢格斯特說：「20年前，人們認為這是不可能發生的，這是一項實驗傑作，能夠做到這一點非常不容易。」

　　未參與這項研究的歐洲核子研究中心物理學家邁克爾·多塞（Michael Doser）說：「這項最新研究結果令人印象深刻，這項測量中捕獲的原子數量（15000個），對於幾年前漢格斯特研究小組的記錄是一個巨大進步。」

　　那麼，對反物質最精確的測量是什麼呢？令人遺憾的是，我們探索的餘地並不大。正如我們所預料的，氫和反氫原子，物質和反物質，它們的行為特徵非常接近。目前，我們僅知道它們萬億分之一精確度測量下，它們是相同的。然而，烏爾默表示，萬億分之二的精確度並不排除這種可能性，即某種物質在兩種類型物質之間的差異達到更大的精確度，從而與測量結果發生偏離。

　　至於漢格斯特，他並不關心為什麼我們的物質世界存在，因為它沒有反物質——他將其稱之為「房間里的大象」。相反，他和他的研究團隊想集中精力進行更加精確的測量，探索反物質與重力的反應，它像正常物質一樣下降，還是掉下來？

　　漢格斯特認為這個謎團可以在2018年底之前揭曉，那時歐洲核子研究中心將關閉，進行為期兩年的升級。他說：「我們還有其他的方法來解決這些問題，讓我們拭目以待吧！」（葉傾城）