研究者用激光轟擊反氫原子：光譜與氫原子相似！

為此，一個研究團隊決定對氫原子和反氫原子是否具有相同的光譜——吸收和釋放相同波長的光——進行測試。他們首次對一個反氫原子進行了激光光譜分析，但獲得的結果卻與常規的氫原子驚人的相似。

捕捉反物質

反物質具有與普通物質相反的電荷。普通的氫原子由一個質子（正電荷）和一個小得多的電子（負電荷）組成，而反氫原子由一個反質子（負電荷）和一個反電子（又稱正電子，帶正電）組成。

當物質與反物質碰撞時，它們會湮滅，只留下高能質子，這也使科學家很難在實驗室里研究反物質。實驗室中的空氣、人和實驗儀器都由普通物質組成，只要有幾個遊盪的原子，就會使你的反原子轉瞬間就消失得無影無蹤。考慮到製造反物質的成本極其昂貴，這樣的情況肯定不能讓人滿意。於是，研究者想出了一個巧妙的方法：將反物質隔離起來，使其無法碰撞到其他任何東西。利用電場，研究人員將反物質隔離在一個被稱為「ALPHA-2」的儀器中，時間大約為10分鐘。

ALPHA是「反氫激光物理儀器」（Antihydrogen Laser Physics Apparatus）的縮寫，通過該儀器，研究者終於有了一窺反粒子性質的機會。研究過程中，反物質還被冷凍到了0.5開爾文。這樣的冷卻是必要的，可以防止單個反原子運動速度過快而逃出「陷阱」。

激光！

隔離反原子之後，研究人員開始利用激光對反原子進行探測。當光擊中一個原子時，如果光的波長合適，光的能量就會被原子的電子吸收。利用這些額外能量，電子就能躍遷到更高的能級軌道。之後，電子會以光的形式釋放出能量，回到原來的軌道。

研究人員希望對電子釋放的這些光進行光譜分析。不同的元素會釋放出不同波長的光，但任意兩個氫原子都應該產生相同波長的光。而且，根據已知的物理學，反氫原子也應該產生同樣的光譜。

研究人員進行了3組11次試驗。前兩組中設置了不同的激光，第三組作為對照，沒有激光。這樣的實驗設置可以排除一些突然出現或可能影響結果的系統問題。這些實驗還能幫助鑒別出背景中的宇宙射線。當宇宙射線與粒子在大氣層上方碰撞時，會產生能進入實驗儀器的次級粒子，而這些粒子可能會被誤認為是隔離的反氫原子發出的光。

結果和結論

實驗令人興奮，但結果卻並不激動人心。到目前為止，來自反氫原子的光譜與氫原子的完全吻合，證實了標準模型的部分基本理論。如果實驗中出現了不同的光譜，那物理學界可能就得掀起一番波瀾了。

如果能推翻物質和反物質粒子間的基礎對稱（CPT對稱），其意義就不僅是告訴我們標準模型是錯的那麼簡單。在數學上，反物質就相當於逆時間流動的普通物質粒子。這聽起來有些科幻小說的意味，但現實卻平淡得多；對一個氫原子而言，是不是「逆時間流動」其實並沒有太大不同。不過，如果有這樣的顛覆性發現，或許就預示著逆轉時間的可能性，而這是物理學家十分感興趣的問題。

這項研究的另一個動機是認識宇宙中物質與暗物質之間的極端不平衡。如果暗物質能提供不一樣的光譜，那就暗示著暗物質與普通物質存在不同的物理特性，而這或許能為該問題的解答提供線索。

儘管實驗結果沒有出現上述情況，但研究並不會止步於此。這只是此類研究中的第一次，從許多方面來說，這也可能是一個新時代的開始。「長期以來，這一直被視為低能反物質物理學追求的成就，」研究者在論文中寫道，「它標誌著一個轉折點，從原理驗證實驗轉變為利用反原子的光譜進行認真的計量和精確的CPT對比。」

研究人員採用的實驗方法，包括將更多反原子隔離起來的新方法，都將為未來更深入理解反物質提供幫助，也具有更高的確定性，無論是否有新的東西等待發現。「目前的結果，以及其他近期研究的結果，表明對反物質基礎對稱性的驗證方法正在迅速成熟，」研究者在論文中寫道。