科学家们取得了关于反物质的重要发现,反物质是一种神秘物质,在宇宙诞生时就大量存在。
反物质与物质相反,恒星和行星是由物质构成的。
两者都是在形成我们的宇宙的大爆炸中等量产生的。尽管物质无处不在,但它的反面现在却很难找到。
最新研究发现两者对重力的反应是相同的。
多年来,物理学家一直在努力发现它们的差异和相似之处,以解释宇宙是如何产生的。
如果发现反物质在重力作用下上升而不是下降,将会颠覆我们对物理学的了解。
他们现在首次证实反物质原子会向下落。但这远非科学的死胡同,它为新的实验和理论打开了大门。例如,它以相同的速度下落吗?
在大爆炸期间,物质和反物质应该结合并相互抵消,只留下光。为什么他们没有这样做是物理学的一大谜团,揭示两者之间的差异是解决这个问题的关键。
不知何故,在创世的最初时刻,物质战胜了反物质。瑞士欧洲核子研究中心(世界上最大的粒子物理实验室)研究小组成员丹妮尔·霍奇金森博士表示,它对重力的反应可能是关键。
“我们不明白我们的宇宙是如何成为物质主导的,所以这就是我们实验的动机,”她告诉我。
大多数反物质在宇宙中的存在时间只有几分之一秒。因此,为了进行实验,欧洲核子研究中心团队需要将其制成稳定且持久的形式。
杰弗里·汉斯特教授花了三十年的时间建造了一座设施,精心从亚原子粒子中构造出数千个反物质原子,捕获它们,然后将它们扔掉。
“反物质是你能想象到的最酷、最神秘的东西,”他告诉我。
“据我们所知,你和我可以用反物质构建一个像我们一样的宇宙,”汉斯特教授告诉我。
“解决这个问题非常鼓舞人心;这是关于这个东西是什么以及它如何表现的最基本的开放性问题之一。”
什么是反物质?
让我们从物质是什么开始:我们世界上的一切都是由物质构成的,由称为原子的微小粒子构成。
最简单的原子是氢。这是太阳的主要成分。氢原子由中间带正电的质子和绕其运行的带负电的电子组成。
对于反物质,电荷则相反。
以欧洲核子研究中心实验中使用的反氢为例,它是氢的反物质版本。它的中间有一个带负电的质子(反质子),还有一个绕其运行的带正电的电子(正电子)。
第一步是减慢它们的速度,研究人员将它们送到一个环上。这会消耗他们的能量,直到他们以更容易控制的速度前进。
然后,反质子和正电子被送入巨型磁铁,在那里它们混合形成数千个反氢原子。
磁铁产生一个磁场,捕获反氢。如果它接触到容器的侧面,它就会立即被摧毁,因为反物质在与我们的世界接触后无法生存。
当场关闭时,反氢原子被释放。然后传感器检测它们是向上还是向下跌落。
欧洲核子研究中心的研究人员现已以迄今为止最大程度的确定性证实爱因斯坦是正确的。
但仅仅因为反物质不会下落,并不意味着它以与物质完全相同的速度下落。
对于下一步的研究,研究小组正在升级他们的实验,使其更加灵敏,看看反物质下落的速度是否存在细微的差异。
如果是这样,它就可以回答最大的问题之一:宇宙是如何存在的。
研究结果发表在《自然》杂志上。