江蘇
根據已知的物理學定律，在大爆炸之后，宇宙中應當產生了等量的物質和反物質。而我們知道，當物質和反物質相遇時，它們會湮滅，以光子的形式釋放出能量。這就意味著，理論上，在宇宙最初的時刻，物質和反物質就應該全部湮滅，使宇宙中只剩下能量。
可是，我們今天看到的宇宙幾乎完全由物質構成。這就意味著，物質與反物質之間一定存在某種極其微小、尚未被完全揭示的差異。
CPT對稱性是自然界最基本的對稱性之一，它預言物質與反物質應當是完美的鏡像：它們帶有相反的電荷，卻遵循相同的物理定律。所以，如果在實驗中發現CPT對稱性發生了輕微的破缺，或許就可以解釋為什么今天的宇宙充滿了物質。
在一項新發表于《自然》雜志的研究中，歐洲核子研究中心（CERN）的反氫激光物理裝置（ALPHA）合作組開展了一項實驗，對氫原子的反物質對應物——反氫原子進行了超精確的測量，結果再次檢驗了CPT對稱性。
在反氫中尋找細微差異
普通氫原子是由一個質子和一個電子組成，而反氫則是由一個反質子和一個正電子組成。無論是在理論上還是在實驗上，氫都是被研究得最精確的系統之一。因此，將氫與反氫進行比較，有可能揭示物質與反物質之間極其細微的差別。
在這項測量中，研究人員關注的是一種被稱為“超精細分裂”的性質。這是一種很小的能量差異，源于反質子和正電子像兩個微小磁體一樣相互作用。
在普通氫原子中，這種分裂的大小已經被測得極其精確。所以，如果能在反氫原子中測量同樣的性質并進行比較，就有可能檢驗CPT對稱性，幫助解釋物質與反物質之間極其細微的差異，
然而，難點在于，研究人員必須產生足夠多的反氫原子，讓它們“存活”下來，并對它們進行足夠精確的控制，才能進行測量。
制造反氫原子
ALPHA實驗正是為應對這一挑戰而建成的。ALPHA合作組開發了制備反氫原子的技術，他們讓反質子與正電子結合，其中反質子來自粒子碰撞，正電子則由放射性衰變產生。隨后，這些反原子會被真空中的磁阱束縛住，以免它們撞上普通原子并發生湮滅。
一次典型的反氫制備過程大約持續4分鐘，可以產生約100個被束縛的反氫原子。這一制備過程可以重復多次。通過這種方式，研究人員可以在約1小時內，通過連續多個循環積累起大約1500個反氫原子的樣本。
在這次實驗中，ALPHA合作組通過對大約24000個反氫原子進行實驗，他們測得了與氫原子的預期相一致的結果。這意味著，在目前精度下，反氫原子與氫原子的性質仍然一致，沒有發現CPT對稱性破缺的跡象。
ALPHA合作組在2017年首次測量了反氫原子的超精細分裂性質，而這一次的測量精度提高了100倍。在這樣的精度水平下，研究人員的測量結果已經能夠對反質子的內部結構產生非常靈敏的響應。這一測量精度正在接近現有理論分析的極限。
下一個目標
研究人員表示，測量精度的提升得益于幾方面的顯著進展：磁阱場的控制、穩定和表征能力的提升，反原子自旋態操控技術的進步，以及反氫原子積累速率的提高。接下來，研究人員將繼續提高測試精度。他們表示，下一個重要里程碑，是能夠以目前測量氫原子的同等精度來檢驗反氫原子。
氫原子和反氫原子是檢驗量子理論基礎、發展和前沿的重要試金石。即便是探測到最微小的差異，也會從根本層面挑戰我們目前對物理學的理解。
#參考來源：
https://phys.org/news/2026-05-antihydrogen-mirrors-hydrogen-spectrum-narrowing.html
https://physics.aps.org/articles/v19/79
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10556-x
#圖片來源：
封面圖 & 首圖：Pixabay
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
