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新反物質陷阱幫助解釋為什么宇宙不會自我毀滅

發表于 2025-12-09 07:21:54 來源：桑間濮上網

新反物質陷阱幫助解釋為什么宇宙不會自我毀滅
（神秘的新反陷阱地球uux.cn報道）據cnBeta：外媒報道，反物質是物質一種很難研究的物質，尤其是幫助因為它會摧毀任何你試圖放入它的容器。但現在，解釋歐洲核子研究中心(CERN)的宇宙物理學家們已經開發出一種新的反物質陷阱，它可以在幾秒鐘而不是自毀幾小時內冷卻樣品。這一進展使得科學家們能更長時間地研究更大的新反陷阱樣本，這可能有助于解開宇宙中一些最大的物質謎團。
反物質是幫助主宰我們周圍世界的常規物質的“邪惡雙胞胎”。兩者的解釋主要區別是它的粒子跟普通粒子的電荷相反，但這個簡單的宇宙變化卻有一個主要的含義--如果物質和反物質粒子相遇它們會在能量爆發中相互湮滅。
幸運的自毀是，反物質在今天的新反陷阱宇宙中極其罕見，但科學家不確定為什么會這樣。物質根據標準模型，幫助大爆炸應該產生了等量的物質和反物質，然后它們應該在真正開始前相撞并消滅了宇宙的大部分內容。我們現在在這里質疑它的事實表明，這并沒有發生，但什么使天平向物質傾斜仍是科學上最令人困惑的謎團之一。
遺憾的是，反物質的稀有性和不穩定性使得研究這個問題變得困難。它只能在大型強子對撞機(Large Hadron Collider)等設備中以極少量的量產生。在這些設備中，粒子被粉碎在一起從而產生物質和反物質粒子對。然后反物質就很難儲存，顯然你不能把反物質放在罐子里，因為反物質一接觸到物質就會突然消失。
因此，科學家們將反物質儲存在所謂的潘寧陷阱(Penning trap)中，這種陷阱通過利用電磁場將粒子和反粒子懸浮在真空中。這些樣品通常被冷卻到極低的溫度以減少噪音，但通常用于物質的技術很難應用于反物質。現在，CERN的研究人員已經開發出一種用于冷卻反物質的新型捕集器，它增加了反物質實驗可用的樣本大小并提高了測量的精度。
激光冷卻是一種領先的技術，本質上說，當一個原子被激光束擊中時，它吸收并重新釋放光子，這改變了它的動量。盡管CERN的另一個項目最近在該領域取得了突破，但很難讓反物質直接響應這種方法。相反，反物質可以通過激光冷卻附近的離子間接冷卻，然后吸收反物質粒子的熱量。不過問題又回到了把物質和反物質放在同一個陷阱里。
為此，在新版本中，CERN的BASE科學家們用了一個3.5英寸的超導諧振電路連接了兩個潘寧陷阱--一個含有一團鈹離子，而另一個則含有一個反質子。當鈹被激光冷卻時，能量從反質子轉移到離子，然后通過電路，從而冷卻反質子。
研究團隊表示，這種方法可以比通常更快地將樣品冷卻到更低的溫度。
“這是精密潘寧陷阱光譜學的一個重要里程碑，”該研究的論文作者之一Christian Smorra說道，“通過優化程序，我們應該能達到20到50毫李克文(mK)量級的粒子溫度，理想情況下冷卻時間是10秒量級。之前的方法可以讓我們在10小時內達到100兆瓦。”
這為更精確的測量鋪平了道路，而更精確的測量反過來可以解釋為什么宇宙中反物質如此之少。人們認為，電荷是物質和反物質之間唯一真正的區別（）以及量子數的細微變化），但最好不要依賴假設。科學家們正在研究反物質的一些基本屬性，并將它們跟其他物質進行比較--如果有什么不同的話，它可能是解開整個謎團的關鍵。
“我們的愿景是不斷提高物質-反物質比較的精度以更好地理解宇宙物質-反物質的不對稱性，”該研究的論文作者之一Stefan Ulmer說道，“這項新開發的技術將成為這些實驗的關鍵方法，這些實驗旨在在萬億次水平測量基本反物質常數。”

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