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CERN 首度成功觀測反物質的頻譜

雖然結果完全符合預期,但對解開宇宙誕生的大謎團並沒有幫助。

Andy Yang
2016 年 12 月 20 日, 傍晚 08:01
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反物質因為只要一和物質接觸就會相互湮滅,釋放大量的能量,所以光是要製備就已經困難重重,更不要說對它的物理特性做深入的研究了。經過了數十年的研究,科學家才終於辛辛苦苦地從製造反電子(帶正電的電子,又稱正子)、反質子(帶負電的質子)開始、慢慢能將兩者組合成反氫,但是正子和反質子都帶有電荷,所以相對容易儲存,然而一旦合成了電中性的反氫之後,很快反氫就會跑不見了,所以一直以來都沒辦法對反物質做進一步的量測。

這次 CERN 的 ALPHA 團隊製造了一個極強力的「磁場陷阱」,利用反氫極微弱的磁性,終於將足夠量的反氫限制在一處(一次製造 25,000 顆反氫原子,大約可以抓住 14 顆),足夠科學家們快速閃過鐳射光,測量反氫的頻譜。這是一個非常重要測試,因為照標準模型預測,反物質應該和正常物質擁有相同的頻譜,而反氫是我們能取得的第一個能量測頻譜的反物質。不知道該說是好事還是壞事,最終的結果證實了反物質確實和正常物質的頻譜一致,進一步強化了標準模型的正確性。但以科學的角度來說,有出乎意料之外的結果才是讓科學進步的動力吧?

照目前已經的物理學原理來預測,宇宙誕生時,產生的「物質」和「反物質」的量應該完全一致,但基於一些我們不理解的原因,最後「物質」卻在數量上佔了些微的上風(大約每十億個粒子多一顆),在全部相互湮滅後留存了下來,成為今天宇宙中的一切。這現象稱為「重子不對稱性」,是物理學界一個暫時無解的大謎團 -- 科學家原先期待能由反物質本身與物質的某種物理特性上的不對稱,來解釋為什麼會是物質留下來,但今天的實驗指向兩者確實除了電荷相反外,其他特性都相同,讓這個方向碰了壁。所以為什麼你我存在,目前依然是個無解的謎喔。