作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2023/9/28 13:13:39
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欧核中心首次直接观测反氢原子自由下落

 

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磁阱底部掉落反氢原子示意图。图片来源:美国国家科学基金会

科技日报讯 (记者张梦然)当你扔下反物质时,它会飘浮还是下落?甚至有没有可能逆向上升?《自然》杂志27日发表一项粒子物理学研究称,欧洲核子研究中心报告了对反氢原子自由下落的首个直接观测,结论提示:反物质和普通物质受到的引力相同。

爱因斯坦在1915年提出的广义相对论描述了引力的效应,提出至今已得到大量实验验证。广义相对论中的弱等效原理指出,所有物体不论质量和组成,在引力作用下都会以相同的方式自由下落。虽然主流观点认为反物质在地球引力下也会出现物质的行为,但由于难以创造严格对照的实验条件,这方面一直缺乏直接观测。

欧洲核子研究中心的阿尔法合作组于2018年建造了ALPHA-g探测器,这是一个反氢原子的磁阱,专门用于研究引力效应。2010年,阿尔法合作组捕获大量反氢原子,而该探测器内悬浮的反氢原子一旦被释放,它们的后续运动就可用来推断引力的影响——如果底部掉落的比顶部更多,那么反物质原子可能和普通物质具有相同的行为。此次,研究团队通过该实验观察到,释放到ALPHA-g的被磁阱捕获的反氢原子,更倾向于从装置的底部下落。

该研究结果验证了反物质和普通物质受到相同引力效应的主流观点,这与广义相对论的预测相符。研究人员认为,该研究为进一步检验弱等效原理铺平了道路,有望增进人们对反物质的引力性质的理解。

反物质1932年才被发现,但广义相对论1915年就被提出了。对所有物质“一视同仁”的广义相对论,能涵盖反物质吗?实际上,没有任何理论预测引力场会排斥反物质,换句话说,反物质不代表反重力。如今的实验在证明这一点的同时,也让物理学家进一步了解反物质的本质,从宏观方面讲,这一结果可帮助人们探求宇宙形成初期反物质比重之谜;从实用角度看,其还可推动正电子发射断层扫描技术的进步,它正是通过对反物质的应用来检测癌症,真正挽救了许多生命。


 
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