新方法可將反氫原子溫度降低25倍

zui近，一個由美國和加拿大科學(xué)家組成的研究小組，提出了一種為陷落反氫原子制冷的新方法，能使反氫原子溫度比現(xiàn)在所能達到的溫度低25倍，使它們更穩(wěn)定，便于開展各種實驗操作。研究人員指出，該成果有可能大大推動反物質(zhì)實驗進步，幫人們揭示反物質(zhì)迄今未知的神秘性質(zhì)。相關(guān)論文發(fā)表在zui近的物理學(xué)會（IOP）出版物《物理學(xué)雜志B輯：原子、分子與光學(xué)物理》上。

　　反氫原子是在超高真空陷阱中，將反質(zhì)子射入正電子等離子體而形成。在此過程中，反質(zhì)子會捕獲一個正電子，成為一個處于激發(fā)態(tài)的反氫原子，相對于它們的陷落深度而言，其能量較高，會干擾人們對其性質(zhì)的檢測。降低反氫原子能量的方法主要是用激光將其降低到極低溫度。這一過程叫做多普勒冷卻（Doppler cooling），已經(jīng)比較成熟。

　　測量反物質(zhì)要求嚴(yán)格的參數(shù)限制。“造出必需數(shù)量的波長在121納米的激光，并使這種光配合反氫原子捕獲實驗，這并非瑣碎研究。”論文合著者、美國奧本大學(xué)教授弗朗西斯·羅拜奇奧克斯說，經(jīng)過一系列計算機模擬，他們證明了該方法能將反氫原子冷到約20毫開，而目前紀(jì)錄為500毫開。

　　“降低了反氫原子能量，對其所有參數(shù)的檢測就可能更加。我們的方法能使陷落的反氫原子平均能量降到不足原來的1/10。”羅拜奇奧克斯說，“反氫原子實驗的zui終目標(biāo)是將它們的性質(zhì)與氫原子作比較，降低其能量是實現(xiàn)該目標(biāo)的重要一步。”

　　“無論過程是什么，反氫原子的運動速度越慢，就會陷落得越深，由此損失也會越少。”羅拜奇奧克斯說。 2011年，歐洲核子研究中心（CERN）報告說，他們將反物質(zhì)陷落時間延長到1000秒，一年后，人們對反氫原子進行了實驗。雖然控制陷落反氫原子的技術(shù)過程已廣為人知，但研究人員認(rèn)為，激光致冷還能使反氫原子被陷落的時間大大增加。

　　造出更冷的反氫原子，還可用于測量反物質(zhì)的重力性質(zhì)。論文合著者、加拿大國家粒子與核物理國家實驗室的藤原誠說，至今還沒人見過反物質(zhì)在重力場中是上升還是下降，要實現(xiàn)這一觀察，激光致冷技術(shù)是非常重要的一步。