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激光冷却技术对“困住”反物质原子的影响

  反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时,双方就会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。能量释放率要远高于氢弹爆炸。 虽然已有科学家证明了反物质在宇宙中的存在,但是在地球上却很难发现,而要想研究反物质,只有通过最简单的氢原子着手,在实验室制造并捕捉反氢原子。但是由于在正常情况下反氢原子会与正物质发生湮灭并消失,所以捕捉反氢原子还存在一定的难度。而就在近日,科学研究人员发现可以利用强大的激光冷却技术可以困住反氢原子,并且使它更稳定不易消失。




  据国外媒体报道,近日研究人员提出了一种探索反物质的方法,通过低温冷凝技术捕捉反氢原子,进而揭开难以捉摸的神秘反物质之谜。来自美国和加拿大的研究人员试图通过低温“困住”反氢原子,强大的激光冷却技术可以使得这些物质更加稳定,更容易用于实验研究。目前该方法已经发布在《物理学杂志B》刊上。


  科学家认为反氢原子可以形成于超高真空阱中,通过向带正电子的等离子体中注入质子,产生的原子作用过程会导致反质子捕获正电子,并激发形成反氢原子。通常情况下,反氢原子具有一定的能量,将影响对其进行测量的研究,因此可以采用激光冷却的方法将温度降低。


  美国奥本大学的教授Francis Robicheaux是本项研究论文的合著者,他认为减少反氢原子的能量有助于对其参数进行更加精确的测量,这些反氢原子实验的最终目标是确定它们的属性,并与氢原子进行对比,而激光冷却反氢原子是实现该目标的重要一步。冷却机制被称为多普勒冷却,可以用于冷却原子,但科学家认为即便在121纳米特定波长下,捕捉反氢原子也存在困难,不过这种努力是值得的。通过电脑模拟实验,研究人员发现反氢原子可冷却到大约20 毫开尔文,但是目前冷却的记录为500毫开尔文。


  在2011年,欧洲核子研究中心的报告称已经取得了1000秒的反物质捕捉时间,就在一年后,科学家通过磁场困住了反氢原子,尽管反氢原子的捕获控制技术还并不成熟,但研究人员认为激光冷却技术可以增加“困住”反氢原子的时间。加拿大国家重点实验室博士Makoto Fujiwara认为对反氢原子的冷却也可以研究反物质的引力属性,因此激光冷却技术会是重要的一步。


  用激光冷却反氢原子,这不仅是激光冷却技术的一大进步,更是为科学家们研究反物质领域顺利打开了一道大门,让我们得以更加深入地了解宇宙。