世界首次：基于激光的反物质操控，将反物质冷却至绝对零度

激光冷却前（灰色）后（蓝色），反氢原子在ALPHA磁阱中的运动情况。（艺术处理图）

phys.org网站当地时间3月31日报道，欧洲核子研究中心（CERN）ALPHA合作组织的研究人员宣布，他们首次完成了基于激光技术的反物质操控实验：利用加拿大制造的激光系统，研究人员将反物质样品冷却至接近绝对零度。该成果将对反物质研究产生极大的推动作用。相关研究成果同日刊登在《自然》杂志中。

反物质是正常物质的反状态，它表现出与物质几乎相同的特性和行为，但却包含相反的电荷。反物质原子一旦接触物质就会湮灭，因此，在现实世界中，反物质原子不仅难以制造，也从未有过被激光控制的记录。

“新成果是历时数年的研究和工程项目的成果。我们得到了合作伙伴的大力支持。”英属哥伦比亚大学（UBC）、ALPHA加拿大团队研究员Takamasa Momose说，“有了这项技术，我们有望解决很多长期存在的谜题。例如，‘反物质如何响应重力？’‘反物质能帮助我们理解物理学中的对称性吗？’这些问题的答案可能会从根本上改变人类对宇宙的认知。”

自40年前引入激光技术依赖，科学家对普通原子的操控和冷却，已经彻底改变了现代原子物理学。Momose等人取得的新突破，标志着科学家首次将激光技术应用到了反物质领域。通过冷却反物质，研究人员能够完成各种精确测试，进一步分析反物质的特性。这些测试还能提供重要线索，解释为什么宇宙主要由物质组成，而不是像大爆炸模型预测的那样——由物质/反物质组成。

研究人员表示，用激光操纵反物质还能为各种前沿物理学创新打开大门。Momose和团队成员Makoto Fujiwara正在开展的HAICU新项目，旨在为反物质研究开发新的量子技术。Fujiwara说：“我们的下一个目标是，通过将激光冷却的反物质抛向自由空间，制造一个‘反原子喷泉’。如果目标达成了，它将促成一种全新的量子测量技术。”Momose补充：“此外，用激光操纵技术将反原子结合在一起，有可能制造出世界上第一个反物质分子。”

新成果标志着ALPHA合作组织长达数十年的反物质研究抵达了一个里程碑。2011年，研究人员创造并捕获了反氢原子，并创造了1000秒的世界记录。2012年，研究人员首次完成了对反氢原子光谱的“惊鸿一瞥”。2013年，研究人员研究了重力对反物质的影响。2020年，研究人员展示了与关键光谱现象相对应的反物质。

原创编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

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