CERN的里程碑式试验：如果释放反物质 它会掉下来还是升上去？

CERN的里程碑式试验：如果释放反物质它会掉下来还是升上去？这幅图显示了反氢原子在磁阱内坠落并湮灭的过程，该磁阱是欧洲核子研究中心ALPHA-g实验的一部分，旨在测量引力对反物质的影响。图片来源：美国国家科学基金会在证实反物质和常规物质具有引力吸引力的同时，这一发现也排除了引力斥力作为反物质在可观测宇宙中基本缺失的原因。瑞士欧洲核子研究中心国际反氢激光物理装置（ALPHA）合作项目的研究人员今天在《自然》杂志上发表了他们的发现。"ALPHA合作的成功证明了跨大洲和科学界团队合作的重要性，"美国国家科学基金会物理部项目主任Vyacheslav"Slava"Lukin说。"了解反物质的性质不仅能帮助我们了解宇宙是如何形成的，还能促成前所未有的创新--比如正电子发射断层扫描（PET），通过应用我们对反物质的了解来检测体内的癌症肿瘤，从而挽救了许多人的生命。"反氢激光物理装置（ALPHA）合作项目是一个国际小组，该小组在欧洲核子研究中心利用反氢原子了解物质和反物质之间的基本对称性。研究人员宣布了一项旨在了解引力对反物质影响的实验的突破性成果。图片来源：美国国家科学基金会物质难以捉摸的易变双胞胎除了《星际迷航》中想象的以反物质为燃料的曲速驱动器和光子鱼雷之外，反物质是完全真实的，但却神秘地稀缺。美国加州大学伯克利分校等离子体物理学家、ALPHA协作成员乔纳森-沃特尔（JonathanWurtele）说："爱因斯坦的广义相对论认为，反物质的行为应该与物质完全相同。"许多间接测量结果表明，引力与反物质的相互作用符合预期。"但在今天的结果之前，还没有人真正进行过直接观测，以排除反氢气在引力场中向上运动而不是向下运动等可能性。"我们的身体、地球以及科学家们所知的宇宙中的大多数其他东西，绝大多数都是由质子、中子和电子组成的常规物质构成的，比如氧原子、碳原子、铁原子以及元素周期表中的其他元素。另一方面，反物质是普通物质的孪生兄弟，尽管具有一些相反的性质。例如，反质子带有负电荷，而质子带有正电荷。反电子（又称正电子）带正电，而电子带负电。凯文-琼斯（KevinM.Jones）是美国国家科学基金会物理部的项目经理，也是威廉姆斯学院的威廉-爱德华-麦克尔弗莱什物理学名誉教授，他简要介绍了什么是反物质以及研究反物质的总体价值。资料来源：美国国家科学基金会然而，对于实验人员来说，也许最具挑战性的是，"只要反物质一接触物质，它就会爆炸，"ALPHA合作成员、加州大学伯克利分校等离子体物理学家乔尔-法扬斯（JoelFajans）说。物质和反物质的结合质量在反应中完全转化为能量，这种反应如此强烈，科学家称之为湮灭。对于给定的质量，这种湮灭是我们所知的最密集的能量释放形式。但是，ALPHA实验中使用的反物质量非常小，只有敏感的探测器才能感知反物质/物质湮灭产生的能量。因此我们必须非常小心地操纵反物质，否则就会失去它。ALPHA-g设备磁阱中的反氢原子概念图。当磁阱顶部和底部的磁场强度减弱时，反氢原子就会逃逸出来，接触磁阱壁并发生湮灭。大部分湮灭发生在腔室下方，这表明重力正在将反氢原子向下拉。动画中旋转的磁场线表示磁场对反氢原子的无形影响。在实际实验中，磁场并不旋转。资料来源：Keyi"Onyx"Li/美国国家科学基金会投掷“反物质炸弹”沃特尔说："广义地说，我们正在制造反物质，我们正在做比萨斜塔式的实验。"他指的是他们实验中更简单的智力祖先--伽利略在16世纪进行的实验（也许是寓言式的），该实验证明了两个同时掉落的体积相似但质量不同的物体具有相同的重力加速度。"我们让反物质运动，看看它是上升还是下降"。在ALPHA实验中，反氢气被装在一个高大的圆柱形真空室中，该真空室带有一个名为ALPHA-g的可变磁阱。科学家们降低了磁阱顶部和底部磁场的强度，直到反氢原子能够逃逸，并且相对较弱的重力影响变得明显。当每个反氢原子逃出磁阱时，都会触及磁阱上方或下方的腔壁，然后湮灭，科学家们可以检测并计数。研究人员重复了十几次实验，改变了磁阱顶部和底部的磁场强度，以排除可能的误差。他们观察到，当被削弱的磁场在顶部和底部精确平衡时，约有80%的反氢原子在陷阱下方湮灭--这一结果与普通氢云在相同条件下的表现一致。因此，引力导致反氢原子向下坠落。物质/反物质之谜尽管反物质的来源并不多--比如钾衰变时发射的正电子，甚至在香蕉中也有反物质--但科学家在宇宙中并没有看到太多的反物质。然而，物理定律预测反物质的存在数量应该与普通物质大致相同。科学家将这一难题称为重生成问题。一种可能的解释是，在宇宙大爆炸过程中，反物质受到了普通物质的引力排斥，但新发现表明，这一理论似乎不再可信。沃特尔说："我们已经排除了反物质被引力排斥而非吸引的可能性。他补充说，这并不意味着反物质受到的引力没有差异。只有更精确的测量才能证明这一点。"ALPHA合作项目的研究人员将继续探索反氢的本质。除了改进对引力效应的测量，他们还在通过光谱学研究反氢如何与电磁辐射相互作用。如果反氢在某种程度上不同于氢，那将是一件革命性的事情，因为量子力学和引力的物理定律都认为反氢的行为应该是相同的。然而只有做了实验才能知道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387409.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387409.htm

欧洲核子研究中心27日宣布，科研人员观测到了反氢原子在重力作用下自由下落。

欧洲核子研究中心27日宣布，科研人员观测到了反氢原子在重力作用下自由下落。团队将反氢原子“囚禁”在一个名为阿尔法-g的垂直真空磁阱中，并通过逐渐降低磁阱顶部和底部的电流调节磁场，让这些反氢原子在20秒内逃逸。计算机模拟结果显示，对于物质来说，这种操作将导致大约20%的原子通过磁阱顶部逃逸，80%的原子通过底部逃逸，这是由重力引起的差异。研究团队综合了7次释放反氢原子试验的结果后发现，反氢原子从磁阱顶部和底部逃逸的比例与计算机模拟结果一致。这表明在当前试验精度范围内，反氢原子在引力作用下表现出向下坠落的运动趋势，其重力加速度也和普通物质一致。这是人类首次直接观测到反物质在地球引力作用下与普通物质拥有同样的表现，是反物质研究的“里程碑”式发现，也再次印证了爱因斯坦在广义相对论中的预测。（）

爱因斯坦再次正确：反物质像普通物质一样由于重力而“下落”

爱因斯坦再次正确：反物质像普通物质一样由于重力而“下落”根据《自然》杂志上发表的一篇新论文，欧洲核子研究组织的物理学家已经证明，反物质会像普通物质一样，由于重力而向下下落。这并不是一个特别令人惊讶的结果——如果发现反物质被引力排斥并向上“下落”，那将是一个重大新闻——但它确实告诉了我们更多关于反物质的信息，并使物理学家距离解决最重要的问题之一又近了一步。围绕着我们宇宙最早的时刻的难以捉摸的奥秘。顾名思义，反物质与普通物质完全相反，因为它是由反粒子而不是普通粒子组成的。这些反粒子的质量与其常规对应物相同。但就像照镜子左右颠倒一样，反粒子的电荷也颠倒了。因此，反电子将具有正电荷而不是负电荷，而反质子将具有负电荷而不是正电荷。当反物质遇到物质时，两种粒子都会湮灭，它们的总质量转化为纯能量。来源：投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响

研究人员成功冷却了正电子原子对反物质研究产生了重大影响正电子冷却。欧洲核子研究中心的AEgIS合作小组在实验中演示了使用基于变石的激光系统对正电子进行激光冷却。资料来源：欧洲核子研究中心-米兰理工大学研究人员成功冷却了正电子原子，对反物质研究产生了重大影响，并促成了量子电动力学的新实验和反物质玻色-爱因斯坦凝聚物的可能性。被正电子束击中的多孔靶（室温）中流出的Ps原子的等效温度从380K降至170K，相应地，Ps均方根速度的横向分量也从54km/s降至37km/s。正电子的独特性质Ps是氢的小兄弟，正电子取代了质子。因此，它比氢轻约2000倍，能级降低了2倍。它很不稳定：在真空和基态下，两个粒子的自旋平行，它的湮灭寿命只有142毫微秒。在其短暂的生命周期内，必须进行Ps冷却，这使得这一过程相对于普通原子而言极具挑战性。使用大带宽脉冲激光器的好处是可以冷却大部分正电子云，同时延长它们的有效寿命，从而在冷却后获得更多的Ps供进一步实验使用。对反物质研究的影响AEgIS实验的目的是测量反氢气的重力加速度（作为反物质弱等价原理的测试），在该实验中，最后一个加速度是通过处于激发态的Ps与被困反质子之间的反应获得的。Ps的速度越低，形成反氢的概率就越高，因此必须尽可能产生动能最低的Ps。推进基础科学和潜在应用获得足够"冷"的Ps原子对基础科学至关重要，例如，对Ps激发能级进行精密光谱分析，可以前所未有的精度测试量子电动力学，或用纯轻子系统测试等效原理。此外，建立一个冷铂原子集合体的可能性可以为第一个反物质玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC，已通过激光冷却普通原子获得）铺平道路，在这种状态下，量子力学现象会宏观地显现出来。正电子玻色-爱因斯坦凝聚态将导致受激湮灭，这已被提议作为产生伽马射线能量范围内的相干电磁辐射的一种方法。该成果已作为编辑亮点发表在《物理评论快报》上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421597.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421597.htm

欧洲核子研究中心再现来自黑洞的物质：反物质等离子体火球

欧洲核子研究中心再现来自黑洞的物质：反物质等离子体火球超大质量黑洞发射等离子体喷流的艺术家印象图，欧洲核子研究中心的科学家们现在已经在实验室中重现了这一场景。美国宇航局/JPL-加州理工学院这些所谓的相对论喷流被认为包含了由电子及其反物质等价物正电子组成的等离子体。但是，这种物质究竟是如何形成的，又有什么作用，很难通过天文观测和计算机模拟来测量。于是，欧洲核子研究中心的科学家们开始在实验室里制造他们自己的版本。利用高辐射材料（HiRadMat）设施，研究小组从超级质子同步加速器中捕获了3000亿个质子，并将它们喷射到石墨和钽制成的靶子上。这引发了一连串的粒子相互作用，产生了足够多的电子-正电子对来维持稳定的等离子状态。产生等离子体的一系列相互作用示意图罗切斯特大学激光能量学实验室插图/HeatherPalmer首先，质子撞击石墨中的碳原子核，产生的能量足以撞散其中的基本粒子。其中的中性粒子很快衰变为高能伽马射线。这些伽马射线随后与钽的电场相互作用，进而产生成对的电子和正电子。在这次试运行中，产生的电子-正电子对达到了惊人的10万亿个，足以让它开始表现得像一个真正的天体物理等离子体。"这些实验的基本理念是在实验室中重现天体物理现象的微观物理学，例如黑洞和中子星的喷流，"该研究的合著者吉安卢卡-格雷戈里（GianlucaGregori）说。"我们对这些现象的了解几乎完全来自天文观测和计算机模拟，但望远镜无法真正探测微观物理，模拟也涉及近似。像这样的实验室实验是连接这两种方法的桥梁。"这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434761.htm

新研究表明暗物质以非局部方式与引力相互作用

新研究表明暗物质以非局部方式与引力相互作用来自SISSA的一项新研究表明，暗物质以一种非局部的方式与引力相互作用，这对传统理论提出了挑战，并为暗物质的本质提供了新的视角。研究人员利用分数微积分发现，这种非局部相互作用能更准确地描述恒星的运动，尤其是在小尺寸星系中。局部性原理指出，一个物体只受其周围环境的直接影响：遥远的物体无法即时交流，只有此时此地的物体才是最重要的。然而，在上个世纪，随着量子力学的诞生和发展，物理学家发现非局部现象不仅存在，而且是理解现实本质的基础。现在，SISSA-ScuolaInternazionaleSuperiorediStudiAvanzati最近在《天体物理学杂志》上发表的一项新研究表明，暗物质--宇宙中最神秘的成分之一--以一种非局部的方式与引力相互作用。据论文作者、博士生弗朗切斯科-贝内蒂（FrancescoBenetti）和乔瓦尼-甘多尔菲（GiovanniGandolfi）以及他们的导师安德烈亚-拉皮（AndreaLapi）说，这一发现可以为至今仍不清楚的暗物质性质提供一个全新的视角。暗物质是大自然的基本组成部分：它是我们今天在宇宙中观察到的结构形成的原因，并围绕着星系中的发光物质，促成了我们在天空中看到的恒星的运动。然而，暗物质的性质，尤其是它与较小星系中引力的相互作用，仍然是个谜。"近几十年来，科学界为了解这些神秘现象做出了巨大努力，但仍有许多问题没有答案。要探索暗物质的本质及其与引力的相互作用，可能需要一种新的方法，"这项研究的作者解释说。来自SISSA的新研究正是探索了这条引人入胜的道路。研究提出了星系暗物质与引力之间非局部相互作用的新模型："作者说："就好像宇宙中的所有物质都在告诉星系中的暗物质如何运动。为了模拟这种非局部性，我们使用了分数微积分，这是一种数学工具，最早开发于17世纪，最近被应用于物理学的各个领域。这种微积分的威力以前从未在天体物理学中测试过。作者解释说："我们想知道分数微积分能否成为理解暗物质的神秘本质及其与引力相互作用的关键，令人惊讶的是，对数千个不同类型星系的实验结果表明，与标准引力理论相比，新模型能更准确地描述恒星的运动。"作者解释说："这种非局部性似乎是暗物质粒子在一个封闭系统中的集体行为，在小尺寸星系中尤为明显。对这一现象的透彻理解可能会让我们更接近暗物质的真实面目。然而，还有许多问题有待解答。非位置性是如何精确出现的？在星系团等更大的结构中，或者在引力透镜现象中，它的影响是什么？"此外，考虑到这种新机制，有必要重新考虑宇宙学的标准模型。"我们将开展进一步的研究，探索所有这些影响以及更多的影响。我们不会惊讶地发现，关于宇宙的其他未决问题也可以通过新提出的非局域性得到解决。"在理解暗物质的性质方面取得的进展是朝着更好地了解我们的宇宙迈出的重要一步。正在进行的研究不断提供新的视角，使我们更接近于全面了解我们周围的现象。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380791.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380791.htm