科学家将反物质粒子囚禁数月，破解宇宙物质之谜

反物质向来不是那么容易获取的，这也是这类粒子至今仍如此神秘的原因之一。不过最近，西北大学的一个物理学家团队成功将一个反物质粒子囚禁了数月之久。他们把它冷却到接近绝对零度的温度，在不接触它的情况下，以极高的精度操控其量子态。这项发表在 Physical Review Letters 上的实验，是我们在破解物理学一大谜团道路上的一次突破。

理论上，反物质应该无处不在。数学推导表明，每一种物质粒子都有对应的反粒子，这一点也已被实验证实。照理说，宇宙中两者应该各占一半，但我们观测到的一切几乎都由普通物质构成，其中的原因至今仍是个谜。

虽然在实验室里可以制造出反物质粒子，但研究起来依然极其困难。反粒子一旦接触到普通物质，两者就会相互湮灭并释放能量。为了防止实验设施被炸上天，科学家们用真空腔和电磁场把反粒子悬浮在隔离状态。但这只解决了部分问题——研究这些粒子，尤其是在量子尺度上对其行为进行实验，仍然充满挑战。

在这项实验中，西北大学的研究人员囚禁了一个正电子——它是电子的反物质对应粒子。由 Gerald Gabrielse 领导的团队研制出一种名为单正电子量子回旋加速器的装置，利用电场和磁场将正电子囚禁在接近绝对零度的真空中。这意味着这个反物质粒子处于其最低能量状态，研究人员因此能够可控地诱导它的量子行为发生变化。与粒子物理学的其他方法不同，这种做法不会摧毁粒子。研究人员因此能把这一个反粒子持续囚禁数月，从而反复进行测量。 那么，驯服反物质粒子究竟能告诉我们什么？科学家已经知道，物质与反物质的性质非常相似。比如，电子和正电子的质量完全相同，只是电荷相反。但这两种物质形态究竟相似到什么程度，是否存在着迄今为止的实验都没能察觉的细微差异，仍是未解之谜。 为此，研究人员希望比较这两种粒子的磁学性质。物理学家对电子已经做过非常精确的测量，但要在正电子上达到同样的精度就困难得多。据美国物理学会介绍，这一新装置有望让反物质粒子的测量精度比以往提高约 30 倍。

到目前为止，该实验尚未发现这两种粒子之间存在任何意外差异。研究人员取得的成果在于提升了检测反物质粒子中这类差异的能力。如果未来的测量发现正电子对磁场的响应与电子不同，科学家将不得不修正解释物质与反物质行为的部分定律。

本文最初发表于 WIRED 西班牙语版 ，并从西班牙语翻译而来。