對反物質最精確測量，發現宇宙的存在更加神秘

科學家們已經對反物質進行了最精確的測量，結果只會加深關於生命、宇宙以及它存在的一切的神秘。新測量結果表明，在相當高的精確度上，反物質和物質的行為是相同的。然而這些新的測量方法不能回答物理學中一個最大的問題：為什麼如果在宇宙大爆炸時產生了等量的物質和反物質，那麼我們今天的宇宙是由物質組成的嗎？宇宙是建立在對稱平衡之上的，對於每一種由物質構成的「正常」粒子，都有一個共軛的反粒子，它與同時產生相反的電荷，電子有相反的反電子或正電子，質子反質子等等。

當物質和反物質粒子相遇時會相互湮滅只留下能量。物理學家認為宇宙大爆炸產生的物質和反物質應該是等量的，而且每一種物質都能保證對方的相互毀滅，讓一個嬰兒宇宙失去生命的積木。然而在一個幾乎完全由物質組成的宇宙中是這樣。但問題是：不知道有什麼原始反物質在宇宙大爆炸中產生。那麼如果反物質和物質的行為是一樣的，為什麼一種物質能在大爆炸中倖存，而另一種物質卻沒有呢？

日本Wako的Riken的物理學家Stefan Ulmer說：一個最好的回答這個問題的方法是測量物質的基本性質和它的反物質共軛，儘可能精確地比較這些結果。如果物質屬性和反物質屬性之間存在細微的偏差，這可能是解決物理學最大「whodunit」的第一個線索（2017年科學家們發現一些物質的反物質行為方式存在一些細微的差異，但統計結果並不足以算作一項發現）。但如果科學家想要操縱反物質就得煞費苦心地製造反物質。

該研究的共同作者丹麥奧爾赫斯大學的物理學家Jeffrey Hangs說：最近幾年一些物理學家已經開始研究反氫或氫的反物質，因為氫是「我們在宇宙中最了解的東西之一」。製造反氫原子通常需要將9萬個反質子與300萬個正電子混合，從而產生5萬個反氫原子，其中只有20個能被捕獲，在一個11英寸長的圓柱形管中進行進一步研究。現在發表在《自然》雜誌上的一項新研究中，Hangst的團隊達到了一個前所未有的標準：已經對反氫原子或任何類型的反物質進行了最精確的測量。在15000個反氫原子的原子中(想想前面提到的混合過程大約750次)，他們研究了原子從低能級躍遷到高能級時所發射或吸收的光的頻率。

研究人員測量結果顯示，反氫原子能量水平，以及吸收光量與它們的氫原子一致，其精度為每萬億分之2，大大提高了之前測量精度的每十億分之一。很罕見的是，實驗者設法提高100倍的精確度，如果Hangst的團隊繼續進行10到20年的工作，他們將能夠將氫譜精度提高1000倍。對於Hangst——歐洲核子研究組織(CERN)的ALPHA合作的發言人來說，這一成果是幾十年來的成果。Hangst說：捕獲和持有反物質是一個重大壯舉。20年前人們認為這永遠不會發生，這是一個實驗性的傑作，現在能夠做到這一點。

歐洲核子研究中心的物理學家邁克爾·多瑟(Michael Doser)說：新的研究結果令人印象深刻。這種測量(15000)被捕獲的原子數量是(Hangst的)幾年前自己記錄的一個巨大改進。那麼，對反物質最精確的測量究竟是什麼呢？不幸的是知道的不多。氫和反氫原子——物質和反物質——行為是一樣的。現在只知道它們在每萬億分之一測量中是相同的。然而Ulmer表示，每萬億次的測量並不排除某些東西在更大程度上偏離測量精度的可能性。團隊想要集中精力做更精確的測量，探索反物質與重力的反應——它像正常物質一樣下降，還是會怎樣？Hangst認為這個謎案可以在2018年底之前解決，屆時CERN將關閉兩年進行升級，拭目以待吧。

博科園-科學科普｜文 / Aylin Woodward / Live Science