物質和反物質的區別：反物質具有相反電荷

圖中是歐洲核子研究中心反氫激光物理儀器（ALPHA），該儀器將反質子和正電子（電子的反物質對應物）結合在一起，形成一個反氫原子。。webp

北京時間9月1日消息，據國外媒體報道，此前不管科學家進行怎樣的測試，反物質的行為就像普通物質一樣。在一項最新研究中，物理學家試圖找到物質和反物質之間的區別，令人感到困惑的是，反物質也是一種物質，但它具有相反電荷和其它差異性特徵，它們就像一個「雙面惡魔」。

然而令科學家不解的是宇宙中為什麼會物質多於反物質？其原因並不清楚。物理學家在研究反物質版本的氫（被稱為反氫）時並未發現特殊差異，但是他們已經證實比之前更好研究反物質的一種方法。

物理學家將宇宙中的物質以幾種方式進行分類區別，其中最令非物理學家感興趣的是正常物質與反物質之間的對比。每個粒子都有一個質量相同但電荷相反的反粒子，就像它們的鏡像一樣。在宇宙大爆炸之後，應當存在等量的物質和反物質粒子，當兩者相遇，它們將湮滅成為能量，導致一些所謂「宇宙不應當存」的觀點出現。但是出於某種原因，構成你、我、地球、太陽以及我們現實中所看到的任何事物，基本上都是普通物質。依據歐洲核子研究中心（CERN）數據表明，宇宙中每10億個粒子僅有1個是反物質粒子。

歐洲核子研究中心物理學家古恩·卡特里（Gunn Khatri）說：「反物質物理研究團體正在試圖找到物質-反物質在不同領域的差異，實驗實現的每一個進步環節都讓我們更接近回答一個問題——『為什麼反物質數量比普通物質更少？』」

科學家希望理解反物質在歐洲核子研究中心一種叫做「反質子減速器」工具的應用狀況，該設備製造並減緩質子的反物質對應物。反氫激光物理儀器（ALPHA）將這些反質子和正電子（電子的反物質對應物）結合在一起，形成一個反氫原子。

一旦研究人員捕獲反氫原子，他們就會像研究普通原子一樣探測它們。在每一輪實驗中，反氫激光物理儀器科學家使用激光脈衝發射500個反氫原子，導致原子的電荷躍遷至更高的能量狀態。之後電荷回落，反氫原子釋放出具有波長特徵的光子，這就是著名的「萊曼-阿爾法躍遷（Lyman-alpha transition）」，天文學領域經常使用該理論研究遙遠天體目標。

依據發表在《自然》雜誌上的研究報告，研究人員測量了釋放的光子，它們基本上與普通氫原子的波長相同。在這一點上，研究人員繼續觀察這些屬性，希望發現看似相近的物質與反物質之間存在的差異。但是這項實驗有第二個重要應用，歐洲核子研究中心反氫激光物理儀器發言人傑弗瑞·漢格斯特（Jeffrey Hangst）說：「我們希望使用這項實驗進行激光反氫原子冷卻，這是首次在實驗中證實新型激光冷卻方法是可行的。」

物理學家使用激光捕獲和冷卻原子，使其溫度接近絕對零度。該項研究報告指出，觀察電子躍遷至一個能量等級，並在反氫原子的激光脈衝下釋放光子是「決定性的技術步驟」。這表明科學家可能很快就能利用激光冷卻反物質原子，這將使他們能夠執行更精確的測量。比如：反氫激光物理儀器（ALPHA），將很快實現設備升級，允許反氫原子能量等級降低，在該過程中觀察是否它們與重力作用發生交互，而不是與氫原子。這將是另一項重要的測試。（葉傾城）

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