◎ 科技日报记者 张梦然

　　一粒反物质粒子首次被“关”了数月时间。美国西北大学研究团队将捕获的一个正电子（电子的反物质对应物）囚禁在特制陷阱里，冷却到接近绝对零度的量子态且无法接触普通物质，结果它保持了长达数月时间而没有湮灭。这为检验电子与正电子的对称性提供了迄今最严格的实验平台。相关论文21日发表于《物理评论快报》。

　　图片由AI生成

　　反物质一旦碰到普通物质就会湮灭，因此过去很难对它做长时间、高精度的测量。研究团队改用电场与磁场构成的陷阱，把正电子悬在真空中央，不接触任何容器壁。

　　实验所用正电子来自钠-22的放射性衰变。粒子刚飞出原子核时速度很高，团队先将其大幅减速，再送入近乎完美真空的陷阱。陷阱内部温度降到约300毫开尔文，相当于比绝对零度高0.3℃。至此，这个本该转瞬消失的反物质粒子被“安放”进一个可控环境。

　　在该状态下，正电子表现为类似人造原子的量子系统，拥有可分辨的能级。研究人员用精确调谐的微波向其注入能量，触发并探测量子跃迁，从而读取它的运动状态。这套装置被团队称为“单正电子量子回旋加速器”。

　　但研究团队的真正的目标是下一步：测正电子的磁性，再和电子比对。该团队实验室此前已用同类方法测出电子磁矩，精度达到十万亿分之一。现在把同样的控制手段用在反物质上，就能把两边数据放到一起校验。他们过去曾做过单电子精密测量，也尝试过反质子捕获与减速，这次相当于把两条路线合到一起：用电子的量子控制技术去按住一个反物质粒子。

　　按粒子物理标准模型，电子与正电子应当完全镜像，磁性测量结果不应有偏差。可观测宇宙却几乎全由普通物质构成——大爆炸若产生等量物质与反物质，两者早应互相湮灭殆尽。标准模型解释不了这个缺口，因此任何微小偏差都可能是新物理的痕迹。

　　如果正电子与电子的磁性质最终显示出不符，那将是物理学界最大的发现之一；即便结果完全一致，也将把基础对称性推到更高精度。

　　【总编辑圈点】

　　地球上所有东西都是由3种熟悉的粒子组成的：电子、质子和中子。相反，一个“反物质宇宙”可以从它们的反物质对应物中构建：正电子、反质子和反中子。对于人类来说，反物质就像一只跑得极快的野兽，以前科学家只能远远看它一眼，一碰它就会消失。现在他们第一次把这只野兽稳稳关进电磁笼子里，驯服了好几个月，还能精准控制和观察它的状态。对于“物质为何压倒反物质”这个宇宙中最基本的问题，我们一直都没有答案。但现在，距离明确的答案已经更近了。

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