世界首次！欧洲核子研究中心对反物质氢原子进行了光谱测量

欧洲核子研究中心的ALPHA反物质实验记录下了一次反氢原子的能级变化。

CERN

本周《自然》在线发表的研究Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen报告了对反物质原子的首次光谱测量 —— 反物质物理学长期以来的一个目标。该发现代表着人类向高精度测试物质与反物质行为是否不同迈进了重要一步。

根据粒子物理学经典模型的预测，在大爆炸发生之后应存在等量的物质和反物质，然而当今宇宙看起来几乎全部由普通物质构成。这是当今物理学的一大谜题。光照射可以激发原子，当原子恢复至基态时会发光，光的频率分布形成可以以光谱被精确地测量（光谱学）。但是，反物质难以产生和捕捉，因为反物质一旦与物质接触就会湮灭，这为测量其属性带来挑战。2010年，欧洲核子研究中心（CERN）研究出了将反氢困在磁阱中的方法，此后便进一步研究如何用光确定反物质的各种性质。

ALPHA-2中央设备与磁场设备。

Ahmadi et al.

现在，CERN反质子减速器的最新进展让研究人员得以捕捉和测量反质子与反氢。现在，来自CERN ALPHA项目的Jeffrey Hangst及同事在圆柱形真空腔（长280毫米，直径44毫米）内成功磁捕获反氢原子。他们通过真空腔上的窗口向里面照射波长243nm的激光，测量反原子1S–2S的跃迁（从基态向激发态跃迁）。作者报告称，反氢的跃迁频率与氢的跃迁频率一致。氢的光谱已经得到高精度表征，因此反氢光谱学的改进应可以促成对物质-反物质对称性的高敏度测试。

氢原子的能级变化。

Ahmadi et al.

下一步，研究者们打算用更多波长的激光对反氢进行光谱测量，以进一步确定反氢和氢之间的对称性。ⓝ

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点击“阅读原文”阅读《自然》对此的进一步报道

Ephemeral antimatter atoms pinned down in milestone laser test

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Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen

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