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新方法可將反氫原子溫度降低25倍
據物理學家組織網1月7日(北京時間)報道,zui近,一個由美國和加拿大科學家組成的研究小組,提出了一種為陷落反氫原子制冷的新方法,能使反氫原子溫度比現在所能達到的溫度低25倍,使它們更穩定,便于開展各種實驗操作。研究人員指出,該成果有可能大大推動反物質實驗進步,幫人們揭示反物質迄今未知的神秘性質。相關論文發表在zui近的物理學會(IOP)出版物《物理學雜志B輯:原子、分子與光學物理》上。
反氫原子是在超高真空陷阱中,將反質子射入正電子等離子體而形成。在此過程中,反質子會捕獲一個正電子,成為一個處于激發態的反氫原子,相對于它們的陷落深度而言,其能量較高,會干擾人們對其性質的檢測。降低反氫原子能量的方法主要是用激光將其降低到極低溫度。這一過程叫做多普勒冷卻(Doppler cooling),已經比較成熟。
測量反物質要求嚴格的參數限制。“造出必需數量的波長在121納米的激光,并使這種光配合反氫原子捕獲實驗,這并非瑣碎研究。”論文合著者、美國奧本大學教授弗朗西斯·羅拜奇奧克斯說,經過一系列計算機模擬,他們證明了該方法能將反氫原子冷到約20毫開,而目前紀錄為500毫開。
“降低了反氫原子能量,對其所有參數的檢測就可能更加。我們的方法能使陷落的反氫原子平均能量降到不足原來的1/10。”羅拜奇奧克斯說,“反氫原子實驗的zui終目標是將它們的性質與氫原子作比較,降低其能量是實現該目標的重要一步。”
“無論過程是什么,反氫原子的運動速度越慢,就會陷落得越深,由此損失也會越少。”羅拜奇奧克斯說。 2011年,歐洲核子研究中心(CERN)報告說,他們將反物質陷落時間延長到1000秒,一年后,人們對反氫原子進行了實驗。雖然控制陷落反氫原子的技術過程已廣為人知,但研究人員認為,激光致冷還能使反氫原子被陷落的時間大大增加。
造出更冷的反氫原子,還可用于測量反物質的重力性質。論文合著者、加拿大國家粒子與核物理國家實驗室的藤原誠說,至今還沒人見過反物質在重力場中是上升還是下降,要實現這一觀察,激光致冷技術是非常重要的一步。
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