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神秘的“反氢”粒子揭示了不可思议的量子效应

2020-03-08 作者:

神秘的“反氢”粒子

揭示了不可思议的量子效应

天文学在线

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一个冒泡的、嘈杂的真空充满了量子空间,扭曲了宇宙中每个氢原子的形状现在我们知道它也扭曲了氢的“疯狂世界”中的反物质孪生兄弟:反氢

中的一张照片显示了激光在反氢激光物理装置中工作的反物质实验。(照片:欧洲粒子物理研究所/阿尔法实验室)

反物质是一种鲜为人知的物质,在我们的宇宙中非常罕见。它几乎完美地模拟了物质,但它的所有属性都与物质相反。例如,电子是带负电荷的微小物质颗粒。他们的反物质是带正电荷的微小“正电子”将一个电子和一个质子(一个更大的带正电的粒子)结合起来,你就得到一个简单的氢原子。

结合了一个反物质正电子和一个“反质子”,你得到了反氢当普通物质和反物质接触时,物质粒子和反物质粒子会相互湮灭目前,反物质似乎是物质完美而对立的孪生兄弟。物理学中的一个主要谜团是:为什么反物质在宇宙中只扮演一个小角色,而物质将开始主宰空间?找出两者之间的差异有助于解释现代宇宙的结构。

发表在《自然》杂志上的这项新研究的共同作者、欧洲粒子物理研究所的加拿大粒子物理学家良子·藤原说:“兰姆位移是发现正常原子和反原子之间区别的一个好方向。”自1947年以来,量子物理学家就知道这种奇怪的量子效应。它以亚利桑那大学的物理学家威利斯·兰姆的名字命名。在第二次世界大战后美国物理学家的第一次重要会议上,物理学家兰姆揭示了氢原子之间比预测的更大的差距。“简而言之,兰姆位移是“真空”效应的物理表现,”藤原在接受《天文学在线》杂志采访时说:“当你想到真空的时候,你会认为真空是“一无所有”然而,根据量子物理学的理论,真空中充满了所谓的虚无的“量子”,这种量子会不断波动。“

这种生命是短暂的,好像没有粒子是因为未知的原因奇迹般地创造出来的,并对周围的宇宙产生了真正的影响例如,在氢原子内部,它产生一个推力,将质子和电子分开。这个意想不到的发现为兰姆赢得了1955年诺贝尔物理学奖。

虽然物理学家已经知道兰姆位移几十年来已经改变了氢原子的结构,但是他们仍然不知道它是否也影响反氢原子藤原和他的合作者想知道这种效应是否也适用于反氢原子。

藤原告诉天文学在线:“我们研究的总体目标是看看氢原子和反氢原子之间是否有区别。我们不知道这种差异会在哪里出现。”为了研究这个问题,研究人员在欧洲核子研究中心(CERN)的反氢激光物理装置(ALPHA)反物质实验中煞费苦心地收集了反氢原子的样本藤原说,实验室设备需要几个小时才能产生足够的反氢原子实验样品。

设备将物质限制在排斥物质的磁场中。然后,研究人员用激光拍摄捕获的反氢原子,研究反物质如何与光子相互作用,从而揭示反原子的不同隐藏属性

反氢相当于氢的反物质因为普通的氢原子由电子和质子组成,反氢原子由正电子和反质子组成。科学家希望通过研究反氢,为他们研究物质宇宙中物质多于反物质的问题提供一些线索。

反氢是在粒子加速器中人工产生的。1999年,美国宇航局估计生产1克反氢燃料将花费62.5万亿元人民币(相当于今天的96万亿元人民币),这也使它成为最昂贵的物质。这是因为每次实验的输出太小,使用粒子加速器也很昂贵。在现代物理学中,反物质被定义为包含相应普通物质(正常物质)粒子的反粒子粒子加速器在日常生产中只能产生非常少量的粒子——总共只有几毫微克(1)——并且只有一小部分粒子能够在自然过程中成功地形成反粒子,例如宇宙射线碰撞和某些形式的放射性衰变由于极高的消耗以及生产和控制上的困难,所有反物质不可能在宏观上聚集。


参考

1。维基百科全书

2。天文术语

3。Rafi Letzter -ICOSY、singularity、梦想家、食神

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