名為「α 過程」的實驗終於取得成果,科學家將反物質減速至行車速度

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 07 日 9:00 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


幾年來,歐洲核子研究組織(CERN)的一直在研究一種方法,藉由精心調製的雷射光,巧妙地阻止反物質前進,這個稱為「α 過程」的實驗在近期終於取得了成果,科學家將反氫粒子從一級方程式賽車的速度(300km/hr),降至一輛普通汽車的行駛速度(50km/hr)。

在一個時間倒流的鏡像宇宙中,裡頭充滿了我們所熟悉的現實,除了所有物質都是「反」的,包含時間。雖然這只是一種想像,但就我們目前所知的是,反物質雖難以製造及發現,卻真實存在。

▲ 反氫粒子被束縛住的模擬畫面。(Source:sciencealert

要留下這種物質極為困難,當它們碰到一般物質時,就會產生極大能量並灰飛湮滅。自然界的環境不會出現反氫,因此需依賴粒子加速器來製造。1995 年,歐洲核子研究組織(CERN)成功在瑞士日內瓦的研究所中,以射擊反質子來製造反氫原子,而這些反質子是在粒子加速器中的氙原子團中產生的,當一粒反質子接近氙原子核時,會產生正負電子各一粒,正電子被反質子抓獲時,便會產生反氫原子。由於每粒反質子能轉化為反氫原子的機會率約為 10-19 ,因此以這個方法去大量生產反氫原子,成本定會極為昂貴。根據 NASA 在 1999 年的估計,製造一克的反氫原子,耗資將達到 96 兆美元。而即便你收集到了足夠多的反物質來做實驗,它們也在以極快的速度移動或轉動,對於一些研究來說,這不是一個大問題。但是,如果你想測量重力對微小粒子的拉力,它就應該盡可能地保持靜止。

我們已經藉由透過各種環境吸收能量的方法,成功使普通物質處於實際的靜止狀態,而減慢反物質的速度是更為困難的挑戰,為了讓反物質盡量減速,α 過程向反氫原子投擲光子來降低它們的速度,同時又必須保證不會無意中激起它們的能量反應。與一般氫原子相同,反氫原子也可以吸收並散射光子,藉此失去或獲得能量,只有當光的頻率正確時,這種效應才會發生。

研究人員對雷射光進行了恰到好處的調整,確保光子在遇到反氫原子時達到完美的頻率,在大約十幾次的碰撞後,反氫原子的速度僅剩下每小時 50 公里。有了這項新技術,我們可以解決長期存在的謎題,例如:反物質如何影響重力?反物質能幫助我們理解物理中的對稱性嗎?可以預期在一段時間內能夠看到這些實驗的結果,本篇研究論文發表在《自然》期刊上。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay

延伸閱讀:

關鍵字: ,