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陷落反氢原子 激光致冷技术更进一步

导读: 最近,一个由美国和加拿大科学家组成的国际研究小组,提出了一种为陷落反氢原子制冷的新方法,能使反氢原子温度比现在所能达到的温度低25倍,使它们更稳定,便于开展各种实验操作。

  最近,一个由美国和加拿大科学家组成的国际研究小组,提出了一种为陷落反氢原子制冷的新方法,能使反氢原子温度比现在所能达到的温度低25倍,使它们更稳定,便于开展各种实验操作。研究人员指出,该成果有可能大大推动反物质实验进步,帮人们揭示反物质迄今未知的神秘性质。相关论文发表在最近的国际物理学会(IOP)出版物《物理学杂志B辑:原子、分子与光学物理》上。

  反氢原子是在超高真空陷阱中,将反质子射入正电子等离子体而形成。在此过程中,反质子会捕获一个正电子,成为一个处于激发态的反氢原子,相对于它们的陷落深度而言,其能量较高,会干扰人们对其性质的检测。降低反氢原子能量的方法主要是用激光将其降低到极低温度。这一过程叫做多普勒冷却(Doppler cooling),已经比较成熟。

  测量反物质要求严格的参数限制。“造出必需数量的波长在121纳米的激光,并使这种光配合反氢原子捕获实验,这并非琐碎研究。”论文合著者、美国奥本大学教授弗朗西斯·罗拜奇奥克斯说,经过一系列计算机模拟,他们证明了该方法能将反氢原子冷到约20毫开,而目前纪录为500毫开。

  “降低了反氢原子能量,对其所有参数的检测就可能更加精确。我们的方法能使陷落的反氢原子平均能量降到不足原来的1/10。”罗拜奇奥克斯说,“反氢原子实验的最终目标是将它们的性质与氢原子作比较,降低其能量是实现该目标的重要一步。”

  “无论过程是什么,反氢原子的运动速度越慢,就会陷落得越深,由此损失也会越少。”罗拜奇奥克斯说。2011年,欧洲核子研究中心(CERN)报告说,他们将反物质陷落时间延长到1000秒,一年后,人们对反氢原子进行了首次实验。虽然控制陷落反氢原子的技术过程已广为人知,但研究人员认为,激光致冷还能使反氢原子被陷落的时间大大增加。

  造出更冷的反氢原子,还可用于测量反物质的重力性质。论文合著者、加拿大国家粒子与核物理国家实验室的藤原诚说,至今还没人见过反物质在重力场中是上升还是下降,要实现这一观察,激光致冷技术是非常重要的一步。

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