反氢内基准能量跃迁首次实现

据美国每日科学网站报道,加拿大和欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家在22日出版的《自然》杂志上撰文称,他们首次实现并观察了反氢内基准的原子能量跃迁——莱曼-α(Lyman-alpha)跃迁,向冷却和操纵反物质的基本形式迈近了一步。

研究负责人、不列颠哥伦比亚大学(UBC)的化学家兼物理学家结奈孝允(音译)说:“莱曼-α跃迁是常见的氢原子内最基本、最重要的跃迁,在反氢中捕获到相同的现象,开辟了反物质科学的新时代。”

100多年前,科学家首次在氢气中观察到莱曼-α跃迁——当一个氢原子的电子从低轨道转移到高轨道时,发出了一系列紫外线辐射。在最新研究中,结奈孝允团队与欧核中心反氢激光物理装置(ALPHA)项目加拿大小组携手,采用磁方法在真空内捕获了数百个反氢原子,利用持续时间达到纳秒的激光脉冲,使其实现了相同的跃迁。

结奈孝允团队正在开发用于操控反氢的激光系统,他们表示:“这种方法是一种冷却反氢的途径,将大大提高测量精度,使我们能测试反物质和重力如何相互作用——这仍然是一个未解之谜。”

反物质会与物质相互作用而湮灭,因此很难捕获且很难“打交道”,但对它的研究有助于揭示宇宙中一个重大奥秘:为什么在大爆炸时数量应与物质等同的反物质几乎全都消失了?

欧核中心ALPHA项目团队发言人富藤华(音译)说:“观察反氢内的莱曼-α跃迁,让我们更接近回答物理学中的一些重要问题。在过去的几十年里,科学家们已经使用光学操作和激光冷却彻底改变了原子物理学的面貌,借助新结果,我们可以开始应用相同的工具来探测反物质的奥秘。”

除了要捕获数量足够多的反氢原子外,对激光系统组件进行微调也需数年时间。该团队接下来将利用激光创新技术帮助生成冷原子和密集的反原子样品,用于精密光谱和重力测量。(记者 刘霞)

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