物質-反物質混閤原子每當科學傢想要窺探反物質的神秘世界時他們必須藉用復雜的技術手段來防止反物質與周圍的普通物質接觸。這種隔離是至關重要物質和反物質構成的奇異原子

發表日期 4/2/2022, 9:00:33 PM

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趣味新聞網記者特別報導 : 物質-反物質混閤原子每當科學傢想要窺探反物質的神秘世界時，他們必須藉用復雜的技術手段來防止反物質與周圍的普通物質接觸。這種隔離是至關重要，因為正如眾所周知的那樣，反物質一旦與普通物質接觸就會立即湮…… .....

物質-反物質混閤原子

每當科學傢想要窺探 反物質 的神秘世界時，他們必須藉用復雜的技術手段來防止反物質與周圍的普通物質接觸。這種隔離是至關重要，因為正如眾所周知的那樣， 反物質一旦與普通物質接觸就會立即湮滅 。

不過最近，一個國際研究團隊在歐洲核子研究中心（CERN）進行瞭一項令眾多科學傢驚訝的實驗，他們將物質和反物質結閤成瞭奇特的、能在短時間內保持穩定的 混閤氦原子 ，當這些奇異的原子被浸入到 超流氦 時，錶現齣瞭意想不到的行為。

這一新的結果或許將為把反物質用於研究凝聚態的性質或在宇宙射綫中尋找反物質開闢一條新的路徑。

減速器中的反物質粒子

根據粒子物理學的 標準模型 ，我們知道粒子與其對應的反粒子除瞭攜帶符號相反的電荷之外，其他屬性都完全相同。以攜帶一個正電荷的質子為例，其反粒子是攜帶一個負電荷的反質子。

在過往的實驗中，科學傢尚未發現任何證據錶明，質子和反質子的質量有任何不同，如果能發現任何這樣的差異，那麼無論多麼微小，都會動搖物理學的基礎。

盡管迄今為止的所有實驗證據都證明它們的其他性質都完全相同，但科學傢並不能排除這樣的現狀是由於現有實驗方法不夠靈敏，從而檢測不到任何可能存在的細微差彆所導緻的。

因此，世界各地的科學傢仍在試圖通過改進各種技術，以便對反粒子的特性展開更精確的觀測。利用磁懸浮將反物質原子置於真空腔中進行光譜測量是科學傢們通常會采用的一種觀測手斷。

在新研究中，研究人員利用CERN的反質子減速器創造齣瞭奇特的 含有反質子的氦原子 。在反質子減速器中，高能質子在碰撞過程中所産生的反物質粒子的速度會下降，從而成為進行這類實驗研究的理想材料。

在實驗中，他們將緩慢的反質子與冷卻到 接近絕對零度的液氦 混閤， 一小部分反質子會在液氦中被捕獲，使得原本繞氦原子核的兩個電子中的一個被反質子取 代，形成一種能在足夠長的時間內都保持穩定的結構，使得光譜學研究得以展開。

在新研究中，原子中的一個電子被反質子替代，形成瞭奇異的混閤物質-反物質氦原子。| 圖片參考來源：Nature

2.2K時的縴細光譜綫

這是一次令人興奮的突破。其實一直以來，在液體中的反物質原子都被認為是無法用激光的高分辨率光譜學來加以研究的。因為在液體中，密集排列的原子或分子之間的強烈相互作用會導緻 光譜綫 嚴重加寬 。

把原子浸入到超流氦中，會使光譜綫加寬。| 圖片參考來源：Nature

這些光譜綫就像是用於識彆每個原子的“指紋”，它們是原子被從激光束中吸收的能量激發時所産生的共振圖像。共振綫在頻率標尺上的確切位置以及綫的形狀可以揭示原子的性質、作用在反粒子上的力等信息。 如果共振綫被加寬，這些信息就會被掩蓋 。

在新的研究中，研究人員在不同溫度下觀察瞭反質子氦原子的光譜。他們用鈦藍寶石激光器所發射的激光照射液氦，這種激光能以兩種不同的頻率激發反質子原子的兩種共振，結果錶明， 當溫度降到2.2K以下時，光譜綫的形狀會突然改變――在更高溫度下寬寬的光譜綫會在這時變得非常狹窄 。

當氦原子中的一個電子被反質子替代後，在特定溫度下，譜綫變窄。| 圖片參考來源：Nature

在2.2K以下時，氦會開始進入所謂的 超流體 狀態。超流體是一種特殊的液體狀態，其特徵之一就是沒有內摩擦。這是氦在極低溫下會錶現齣的一種典型量子物理學現象。

目前，研究人員尚不清楚反質子光譜綫為何會在這樣的環境中發生如此驚人的變化，也不瞭解在這個過程中究竟發生瞭什麼物理變化。

在黑暗中尋找光明

盡管仍有很多未知，但研究人員錶示這種效應所帶來的可能性是深遠的。共振綫的明顯變窄會使得當原子被光激發時可以分辨齣所謂的 超精細結構 。超精細結構是原子中的電子和反質子相互影響的結果。

除瞭粒子物理學之外，這種物質-反物質氦原子還可用於凝聚態物理，甚至天體物理實驗中。狹窄縴細的光譜綫有助於探測宇宙輻射中的反質子和反氘核。利用超流氦探測器或許還有可能幫助從太空捕獲和分析反粒子，甚至有可能幫助我們解決另一個巨大的物理學謎團―― 暗物質 的本質。有理論認為，當暗物質在銀河係的光暈中發生相互作用時，可能會産生反質子和反氘核，然後這些反質子和反氘核會被傳送到地球上。因此在某種程度上，我們可以說反物質或許能為宇宙中的這個“黑暗”謎團帶來光明。

# 創作團隊：

撰文：不二北鬥

排版：雯雯

# 參考來源：

https://www.mpq.mpg.de/6704191/03-superfluid-helium?c=2342

https://home.cern/news/news/physics/asacusa-sees-surprising-behaviour-hybrid-matter-antimatter-atoms-superfluid

# 圖片來源：

封麵圖：LMU München / MCQST

首圖：LMU München / MCQST

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美國火星軌道器捕捉28G火星圖像，顯示微不足道的火星直升機

3月11日，美國火星勘測軌道飛行器 (MRO)在飛掠烏托邦平原288公裏高空時，捕捉到中國祝融號的影像，看起來非常清晰，兩條車輪印都能分得清，這分辨率明顯低於0.3米。比我國天問一號軌道器近日拍的祝融號照片還要清晰，這也沒什麼，美國是世界航天科技實力最強的國傢，比我國航天科技要厲害一些，這屬於是正常的，畢竟在航天領域，我國起步較晚。現在，美國火星勘測軌道飛行器飛越傑澤羅隕石坑上空時，用6秒捕捉到28G火星圖像，顯示瞭位於傑澤羅隕石坑西北部的美國毅力號火星車，還顯示瞭一架直升機。這.......

美國火星軌道器捕捉到28G火星圖像，顯示瞭微不足道的火星直升機

BA.1、BA.2、XE，針對變異株，四款迭代疫苗有新進展

奧密剋戎BA.1進化分支、奧密剋戎BA.2進化分支、XE(即奧密剋戎BA.1和BA.2的重組)……麵對不斷變異的新冠毒株，新冠疫苗也需不斷迭代，最近有四款新冠迭代疫苗有瞭新進展。研發人員在做試驗。圖自“斯微生物”微信公眾號 4月4日，康希諾生物在港交所公告，本集團開發的新型冠狀病毒mRNA疫苗已獲得國傢藥品監督管理局藥物臨床試驗批件。臨床前研究結果顯示，該款疫苗可以誘導齣針對多種世界衛生組織認定的重要變異株（包括當前流行株）的高滴度的中和抗體，與以原型株為基礎開發的現有新冠疫苗相比廣譜性.......

國際空間站等待拆解，俄羅斯或建造新艙段，將與中國空間站對接

國際空間站（ISS）有結果瞭嗎？在經過一個月的苦等後，我們終於等來瞭噩耗，俄羅斯航天局在4月2日宣布終止與西方在國際空間站上的閤作，終止閤作的時間還沒確定下來，現在，ISS進入等待拆解的狀態。 4月3日，俄羅斯航天局長羅戈津錶示，俄羅斯退齣，國際空間站將分崩離析，俄羅斯不光擁有世界上最強的聯盟號載人飛船，俄羅斯還負責國際空間站的所有機動操作，是國際空間站的引擎係統。現在，地球軌道上的空間站就兩個，一個是國際空間站，還有一個是正在建設中的中國空間站，2021年，已經有17國成功入駐瞭中國空.......

為什麼說月球比地球更古老？作為地球天然衛星，月球真的太特殊瞭

圖片來源：Jessie Eastland 在地球的夜晚，月球無疑是天空中最明亮的天體，它對於地球生命來說意義重大。然而當我們去瞭解月球的時候，我們就會發現它有許多特殊的地方。月球是太陽係200多顆行星衛星中第五大的天然衛星，它的大小隻比水星小一點，對地球而言它簡直就是一個巨無霸，地球怎麼會擁有一個這樣天然衛星呢？月球和水星比較，圖源：NASA/JHU-APL 月球本身很大也就算瞭，在地球上看月球的話，它看起來竟然和太陽幾乎一樣大，這得多大的巧閤纔能做到這一點？另外，有許多人說月球比地.......

星空有約：5日晨火星“閤”土星上演“雙雄會”

海報製作：馮娟新華社天津4月4日電(記者周潤健)天文科普專傢介紹，4月5日晨，火星“閤”土星，從地球上看去，兩者相距很近。隻要天氣晴朗，大氣透明度好，在視野開闊的地方，有興趣的公眾選擇“相閤日”及前後兩天，在日齣前一個小時左右，憑藉肉眼或藉助雙筒望遠鏡就可觀賞到這場“雙雄會”。火星是地球軌道外的第一顆行星，顔色呈紅色，由於熒熒似火，運行軌道讓人迷惑，中國古代稱其為“熒惑”，西方則用神話中戰神“瑪爾斯”的名字稱呼它；土星是太陽係中體積第二大的行星，因自身擁有雄偉、美麗的光環，被譽為“指環.......

四月觀星：行星近閤，北鬥七星中藏驚喜

四月初，金星、火星和土星在日齣前的東南方嚮會形成三足鼎立之勢，土星每天都在穩定地嚮火星移動。4月1日，它們相隔幾指寬。而到瞭4月4日，土星和火星的距離還不到滿月的寬度。隨後，隨著早晨天空的新成員登場，土星繼續前行，與火星的距離每天都在增加。4月5日淩晨6時5分，火星“閤”土星，土星在上，火星在下。此次“相閤”二者距離極近，最近時角距離僅有20角分，相當於滿月視直徑的三分之二，堪稱“親密無間”。隻要天氣晴朗，大氣透明度好，在視野開闊的地方，選擇“相閤日”及前後兩天，在日齣前一個小時左右，憑藉肉眼.......