欧洲核子研究中心制造出大量反物质
据2002年9月23日出版的第39期欧洲核子研究中心（以下简称西欧中心）快报消息,ATHENA实验组宣布：在受控条件下首次大量制造出低能态反氢原子,从而在研究反物质方面迈出重要的一步.这一结果刚由英国著名《自然》杂志在其网站上发表.本次实验中,科学家们在密切监视的条件下,把大量捕获的正电子和反质子进行混合,当正电子与反质子结合时,发现形成反氢原子.
西欧中心总所长L. Maiani评价说：“ATHENA实验在受控条件下制造出反氢原子是科学技术上的一个重大事件.更为重要的是,该实验制造的反氢原子数量之多,超出预料.我也承认ATRAP实验所做出的贡献,它开创了捕获冷反质子和正电子的技术——导致目前这一发现的关键的一步.”
参加ATHENA实验的有来自世界9个不同研究单位的39名科学家.他们于8月,大约是理论物理学家 P.狄拉克诞辰100周年的时候,首次发现清晰的反氢原子信号.狄拉克曾在20世纪20年代末预言存在反物质.ATHENA实验发言人Rolf Landuas说：“本实验是反物质科学研究中的一个里程碑,也是通往精确比较氢原子和反氢原子路上迈出的重要的第一步.这些测量将为我们提供了解宇宙,特别是自然界为何选择物质而不是反物质的信息.”
ATHENA实验所使用的方法,克服了以前西欧中心和美国费米国家实验室在做实验中存在的两个主要局限性（每天只制造几个反原子,速度接近光速）.科学家们一方面利用反质子降速器获取高能反质子,将其减速到光速的十分之一,然后利用电磁场陷阱将反质子束缚起来,进一步将其减速到光速的百万分之几.科学家们将来自反质子降速器每个束团约1万个反质子捕获并减速或“冷却”.另一方面,将它们与大约7500万冷正电子进行混合.科学家们收集放射性同位素衰变中释放出来的正电子,然后在第二个陷阱中捕获它们,最后将其送入第三个“混合”陷阱.正是在此处可能形成冷却慢速的反氢原子.反氢湮灭探测器是观测ATHENA实验结果的关键设备,它环绕在反质子和正电子混合处的陷阱周围.当正电子和反质子组合形成中性反氢原子时,中性反氢原子逃离由金属电极形成的诱捕电磁场,然后撞击其中一个电极,正电子和反质子在金属表面分别与电子和质子湮灭.
通过探测同时发生在同一时间和同一位置的反质子和正电子湮灭,探测器提供了反氢原子存在的确凿证据.ATHENA实验发现,在正电子和反质子混合的过程中,平均每秒产生几个反原子.到目前为止,实验共产生5万个反氢原子.ATHENA系在反物质降速器上开展的2个寻找冷反氢原子实验的其中之一.去年,ATRAP实验率先使用冷正电子对反质子进行冷却,同时成功地将冷反氢两种成分束缚在同一陷阱结构中.同时诱捕正电子和反质子,首次是在西欧中心被低能反质子环所做的ATRAP实验的前身TRAP实验所证实.
西欧中心的这些突破是通往诱捕,累积和冷却反氢原子路上的重要里程碑.L. Maiani总所长说：“75年前,狄拉克对反物质作出预言后指出,可能有星体由反物质组成,但我们不知道,因它们发出的光将与正常星体发出的光一样.随着西欧中心计划中的改进项目的实施,即所谓的降速RFQ系统,我们期盼获得足够的反物质,以确切弄清反原子的光是否与原子的光一样.任何均衡的偏离都会引起现代物理的重大革命.”
