反物质碰不得，那我们如何研究它呢？这是个问题

研究人员认为，这项技术将使他们能够研究宇宙的基本对称性。

站在位于瑞士欧洲核子研究中心阿尔法实验装置前的藤原诚（图源：Maximilien Brice）

通过在磁阱中捕获反物质，并用集中激光轰击，研究人员首次将反物质冷却到接近绝对零度。

这种方法使在欧洲核子研究中心的反氢激光物理装置（ALPHA）进行实验的加拿大科学家能够将反物质冷却到绝对零度以上的二十分之一度，比南极有记录以来最冷的温度低上3000多倍。

反物质是与正常物质相对的虚无缥缈的物质。反物质理论是保罗·狄拉克在1928年首次提出的，仅仅四年后，反物质就被发现了。反物质粒子与正常物质的区别主要在镜像的物理属性——正常物质的电子带负电荷，反物质的电子带正电荷。我们无法接触反物质的原因是，正反物质一接触就会瞬间湮灭，这就使得在物质世界中储存和研究反物质变得极其困难。

可喜的是，通过技术革新，研究人员们已经能够做到了。在将加速到接近光速的常规物质粒子碰撞之后，就能够制造反粒子。然后，研究小组利用极强的磁场和电场来控制和减缓加速的反粒子。最后，将正电子和反质子云限制在磁场中，直到它们结合形成反氢。这时，研究人员会用激光轰击反氢云，使其冷却。

粒子的运动会产生热量，那如何用激光使物体冷却呢？诀窍就在于让激光光束中的光子（光粒子）以反物质粒子运动的相反方向运动。因为光子有自己的动量，当反氢原子以相反的方向运动时，光子会被反氢原子吸收，减慢反氢原子的速度。但只有在特定的波长，光才可以被反原子吸收。

阿尔法加拿大团队发言人藤原诚说：“可以把反氢原子想象成冰壶，把光子想象成小冰球。我们试图通过只在冰壶向我们移动时向它发射冰球来减慢它的速度。这在原子尺度上是非常困难的，所以我们利用多普勒效应来调整冰球，这样它们就能在飞向我们的时候与冰壶互动。”

多普勒效应，即如果光源靠近或远离观察者，观测到的光的波长就会被压缩或拉长，科学家能够非常精确地调整光子的波长，这样光子只有在靠近反氢粒子时才会被吸收，从而减慢反氢粒子的速度。

冷却后的反物质将帮助研究人员进行更精确的实验，来探索一些物理学最深奥的奥秘。例如，通过抛掷反物质云，可以测试反物质对重力的反应是否与普通物质一样。再者，通过光照后，可以以前所未有的精度将反氢原子的能级与常规物质的能级进行比较。

对于冷却反物质被用于干涉仪实验，藤原诚感到特别兴奋。

他说：“我们想要在真空中得到一个反原子，并将其分裂成一个量子叠加态，这样它就会与自己产生干涉图样。这样我们才能真正精确地研究它与其他力相互作用的方式，以及它的一般属性是什么。”量子叠加允许非常小的粒子，比如反氢原子，同时出现在多个地方。由于粒子的波粒二象性，它们可以相互干扰，创造出波峰和波谷，就像海浪一样。

相关知识

波粒二象性指的是以经典力学的观点来看待非相对论量子力学所描述的微观粒子的话，微观粒子会同时显示出经典上的波动性与粒子性。比如说，经典力学把波函数的位置观测结果必为明确位置视为“粒子性”；一方面又把概率幅具有的线性叠加性视为“波动性”。

在量子力学里，态叠加原理表明，假若一个量子系统的量子态可以是几种不同量子态中的任意一种，则它们的归一化线性组合也可以是其量子态。称这线性组合为“叠加态”。假设组成叠加态的几种量子态相互正交，则这量子系统处于其中任意量子态的概率是对应权值的绝对值平方。 从数学表述，态叠加原理是薛定谔方程的解所具有的性质。

BY:Ben Turner

FY: 忙碌的北門

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