CERN首次产生出反物质束流

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CERN首次产生出反物质束流

CERN的ASACUSA实验装置，首次成功产生出了反氢原子束流。图片来源：CERN
射出一束反物质束流，听起来像是科幻电影里的反派科学怪人才干得出来的事情。如今，这样的壮举已经被欧洲核子研究中心（CERN）的科学家实现了。他们制造反物质束流，可不是为了占领地球统制全人类，而是为了进一步探索新物理学，试图回答一个源自宇宙创生之初的大问题。
/ |7 F/ R7 L5 i% R; o* a% R1月21日，CERN的ASACUSA实验团队在《自然通讯》（Nature Communications）上发文宣布，他们首次成功产生出了反氢原子束流。他们在论文中报告说，明确检测到了一束由80个反氢原子构成的、长达2.7米的反物质束流。取得这一成就的科学家说，这束反物质束流或许能够帮助他们破解更深的物理学谜题：为什么我们周围的宇宙中物质随处可见，却找不到些许反物质？
从理论上讲，在我们所知的宇宙创生的那一刻，宇宙大爆炸创造出来的物质和反物质，应该是等量的。但是，任何看过《星球大战》的人都会知道，物质和反物质一旦相遇，就会立即湮灭，除了一团能量，什么都不会剩下。然而，如今我们所处的宇宙完全被物质占据，反物质几乎踪迹全无。这到底是为什么呢？物理学家推测，这必定是因为物质和反物质之间，存在某种微妙的差异。
此前的粒子对撞实验已经为这种差异提供了少量线索，但物理学家还是希望能够真正去研究反物质原子，从而一举解决这一谜题。迄今为止，原始的反物质还从未在宇宙中被观测到过。不过，将CERN反质子减速器（Antiproton Decelerator）产生的低能反质子，与反电子（即正电子）混合，有可能在实验装置中产生出相当数量的反氢原子。
理论预言，反氢原子和氢原子的光谱应该是完全一样的。如果能够在两者之间找到任何细微差异，就将立即开启一扇通向新物理学的大门，也可能有助于解决反物质之谜。氢原子由单个质子和一个电子构成，是宇宙中存在的最简单原子，也是被研究得最精确、在现代物理学中被了解得最透彻的微观体系之一。因此，比对氢原子与反氢原子，也就成了高精度检验物质/反物质对称的最佳方式之一。
问题在于，以往产生出来的反物质原子很难存在足够长的时间，我们没有机会对它们进行精细的测量。物质和反物质只要相遇，就会立即湮灭。因此，除了创造出反氢原子以外，物理学家面临的另一项关键挑战就是，让反原子远离普通物质。
为了做到这一点，实验装置利用了反氢原子的磁属性（与氢原子类似），采用超强的非均匀磁场来约束反原子，将它们束缚足够长的时间加以研究。然而，强大的磁场（确切地说，是磁场的梯度）又会破坏反物质原子的光谱特性。为了获得纯净的高分辨光谱，ASACUSA团队开发了一套前所未有的装置，将反氢原子移到远离强磁场的区域，以便在它们飞行的途中细致地研究它们。
0 u# A4 J; G, @" @- Z% v“反氢原子不带电荷，将它们移出约束阱是一项艰巨的挑战，”日本理化学研究所的山崎泰规（Yasunori Yamazaki）说，他也是ASACUSA团队的负责人之一。“对于反氢原子的高精度研究，特别是超精细结构研究来说，我们的结果给出了极好的前景。超精细结构是氢原子光谱中被了解得最为透彻的两个特性之一。测量反氢原子的这一特性，将为物质/反物质对称提供最为灵敏的检验。”
ASACUSA实验的下一步，将是优化反氢原子束流的强度和动能，进一步了解它们所处的量子态。山崎泰规透露，今年夏天他们将利用改进过的装置，重启这项实验。
PS：单个氢原子的质量约为1.67×10－27千克。根据爱因斯坦的质量能方程E ＝ mc2，这束由80个反氢原子构成的束流如果全部湮灭成能量的话，将释放出2.4×10－8焦耳的能量——大概相当于10粒米以每秒1厘米的速度撞到你身上所释放的动能。所以，我们暂时还不必担心《星球大战》中能够毁天灭地的反物质炸弹会成为现实。
4 g2 ^4 v, r/ }# u消息来源：CERN官网，Antimatter experiment produces first beam of antihydrogen
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llang

前几天看方舟子的博文，说为什么他这么较真，是因为他在外国留学时候受到的思维训练：批判，质疑。
老外的大学教育，都是以阅读、思考和批判为核心，不管你是XX大师，还是诺贝尔奖，只要我觉得有所不解，就可以提出质疑。
, X) i9 a$ @2 K& f4 z: }6 p反观国内的大学教育，连高中都不如，就是考前一周背笔记。
悲观预计，再过10000000年，我们除了山寨和抄袭外，也只有4大发明可以拿出来炫耀。