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射出一束反物質束流，聽起來像是科幻電影裡的反派科學怪人才幹得出來的事情。

如今，這樣的壯舉已經被歐洲核子研究中心（CERN）的科學家實現了。

他們製造反物質束流，可不是為了佔領地球統制全人類，

而是為了進一步探索新物理學，試圖回答一個源自宇宙創生之初的大問題。

1月21日，CERN的ASACUSA實驗團隊在《自然通訊》（Nature Communications）

上發文宣佈，他們首次成功產生出了反氫原子束流。

他們在論文中報告說，明確檢測到了一束由80個反氫原子構成的、

長達2.7米的反物質束流。

取得這一成就的科學家說，這束反物質束流或許能夠幫助他們破解更深的物理學謎題：

為什麼我們周圍的宇宙中物質隨處可見，卻找不到些許反物質？

從理論上講，在我們所知的宇宙創生的那一刻，宇宙大爆炸創造出來的物質和反物質，

應該是等量的。

但是，任何看過《星球大戰》的人都會知道，物質和反物質一旦相遇，

就會立即湮滅，除了一團能量，什麼都不會剩下。

然而，如今我們所處的宇宙完全被物質佔據，反物質幾乎蹤跡全無。

這到底是為什麼呢？物理學家推測，這必定是因為物質和反物質之間，

存在某種微妙的差異。

此前的粒子對撞實驗已經為這種差異提供了少量線索，但物理學家還是希望能夠真正

去研究反物質原子，從而一舉解決這一謎題。

迄今為止，原始的反物質還從未在宇宙中被觀測到過。

不過，將CERN反質子減速器（Antiproton Decelerator）產生的低能反質子，

與反電子（即正電子）混合，有可能在實驗裝置中產生出相當數量的反氫原子。

理論預言，反氫原子和氫原子的光譜應該是完全一樣的。

如果能夠在兩者之間找到任何細微差異，就將立即開啟一扇通向新物理學的大門，

也可能有助於解決反物質之謎。

氫原子由單個質子和一個電子構成，是宇宙中存在的最簡單原子，

也是被研究得最精確、在現代物理學中被瞭解得最透徹的微觀體系之一。



我們沒有機會對它們進行精細的測量。物質和反物質只要相遇，就會立即湮滅。

因此，除了創造出反氫原子以外，物理學家面臨的另一項關鍵挑戰就是，

讓反原子遠離普通物質。

為了做到這一點，實驗裝置利用了反氫原子的磁屬性（與氫原子類似），

採用超強的非均勻磁場來約束反原子，將它們束縛足夠長的時間加以研究。

然而，強大的磁場（確切地說，是磁場的梯度）又會破壞反物質原子的光譜特性。

為了獲得純淨的高分辨光譜，ASACUSA團隊開發了一套前所未有的裝置，

將反氫原子移到遠離強磁場的區域，以便在它們飛行的途中細緻地研究它們。

「反氫原子不帶電荷，將它們移出約束阱是一項艱巨的挑戰，」

日本理化學研究所的山崎泰規（Yasunori Yamazaki）說，

他也是ASACUSA團隊的負責人之一。「對於反氫原子的高精度研究，

特別是超精細結構研究來說，我們的結果給出了極好的前景。

超精細結構是氫原子光譜中被瞭解得最為透徹的兩個特性之一。

測量反氫原子的這一特性，將為物質/反物質對稱提供最為靈敏的檢驗。」

ASACUSA實驗的下一步，將是優化反氫原子束流的強度和動能，

進一步瞭解它們所處的量子態。

山崎泰規透露，今年夏天他們將利用改進過的裝置，重啟這項實驗。


PS：單個氫原子的質量約為1.67× 10－27千克。根據愛因斯坦的質量能方程

E ＝ mc2，這束由80個反氫原子構成的束流如果全部湮滅成能量的話，

將釋放出2.4× 10^－8焦耳的能量——大概相當於10粒米以每秒1釐米的速度

撞到你身上所釋放的動能。

所以，我們暫時還不必擔心《星球大戰》中能夠毀天滅地的反物質炸彈會成為現實。

消息來源：CERN官網，Antimatter experiment produces first beam of antihydrogen

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