科幻小说情节即将上演：反物质要坐车出门啦～
原文以Physicists plan antimatter’s first outing — in a van为标题
发布在2018年2月20日的《自然》新闻上
原文作者：Elizabeth Gibney
研究人员打算在实验室之间运送难以捉摸的反物质，并用它来研究稀有放射性核的奇异行为。
反物质是极其不稳定的，但物理学家已经学会很好地控制它，以至于它现在已开始第一次被当作工具使用。在今年1月开始的一个项目中，研究人员将用卡车运输反物质，然后用它来研究稀有放射性核的奇异行为。这项工作旨在更深入地理解原子核内部的基本过程，并帮助天体物理学家了解包含了宇宙中最致密物质形态的中子星的内部。
反质子提供了一种独特的方式来研究在CERN的ISOLDE离子束设施中产生的放射性元素。
来源：Julien Marius Ordan / CERN
“一直以来，人们研究反物质都是为了解反物质本身，但现在对它已经有了非常充分的掌握，可以开始用它作为物质探测器。”负责该项目的德国达姆施塔特工业大学物理学家Alexandre Obertelli说。该项目被称为PUMA（antiProton Unstable Matter Annihilation），将在位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室CERN展开。
CERN的反物质工厂通过将质子束撞击到金属靶上制造反质子——质子的稀有镜像，然后使新出现的反粒子急剧减速，以便它们可用于实验。Obertelli和他的同事们计划利用磁场和电场在真空中捕获一堆反质子（参见'待出发的反物质'）。然后，他们会将该捕获装置装入一辆货车，驱车数百米将其载至邻近的名为ISOLDE的实验场地，ISOLDE实验能产生稀有的放射性原子核，但这些原子核衰变得太快而无法运送到任何地方。印第安纳大学布卢明顿分校的理论核物理学家Charles Horowitz说：“驾驶卡车运送反物质简直就是科幻小说里的情节。这真是一个奇妙的主意。”
来源：PUMA
独特的探测器
由于反质子无论碰触质子还是中子，都很容易湮灭，因此提供了一种独特的方式来研究放射性核的异常构造。尽管平常的原子中心容纳的质子和中子大致等同，但放射性同位素却充满了额外的中子。这种不平衡会引起奇异的特征，包括中子比质子更丰富的表面'皮肤'，或者像锂11里一样中子绕延展光环独自运行（参见'探测光环'）。通过观察反质子与质子相对于反质子与中子湮灭的频率，团队将能够了解这些粒子在核的最边缘的相对密度。而且由于湮灭发生得如此之快，测试将足够快到探测短寿命核。Horowitz说：“我们以前无法在这些新型较奇特的原子核上做测试，但这些核可能拥有非常有趣的结构。”
来源：PUMA
放射性原子核可以作为研究中子星的缩影，中子星是把比太阳所含质量更大的物体压缩成一个城市的大小的物体，这也是了解宇宙重元素形成的关键。这些超级致密星体的核心仍然是一个谜，但是它们的结构是由相同但鲜为人知的相互作用所主导，这种相互作用也在富含中子的原子核中造成了奇特的现象。“理解中子皮肤和光环具有重要意义的原因之一是，它有助于充分利用天体物理观测资料。”韩国大田基础科学研究所的核物理学家Panagiota Papakonstantinou说。
Obertelli和他的合作者希望创造一个可以存储10亿个反质子的记录——是任何现有实验所能存储的100多倍。另一个困难是一次将它们保存数周，目前能达到的只有一次几十个反粒子。这意味着要将它们存储在绝对零度以上4度，并且要在堪比星际空间的真空度的真空中。“这是一个具有挑战性的项目，”CERN的反物质物理学家Chloé Malbrunot说，“但我切实认为这是可行的。”
开发和测试便携式捕获装置的技术将需要四年左右的时间，第一次测量计划将在2022年进行。如果该方法有效，物理学家就可以将反物质运输到更远的地方，允许未参与CERN反质子源六项实验的其他科学家来研究和使用这种难以捉摸的物质。
“只要他们能够证明可以将10亿个质子保存好几个星期，那么就会有更多的实验到来，具有新想法的人也会纷至沓来，”Malbrunot说，“我认为这将真正打开这个领域的大门。”ⓝ
Nature|doi:10.1038/d41586-018-02221-9
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