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科学家尝试解开宇宙的终极谜团，结果令人意外
物理学家最近进行了有史以来精度最高的一次反物质特性观测.结果显示,即便在超高的精度下,反物质的表现依然和物质保持一致.这一结果非但没有解答出物理学里的一个终极谜题,反而让它显得更加扑朔迷离.这个问题就是：为什么宇宙大爆炸在理论上创造了等量的物质和反物质,实际上却留下了一个完全由物质构成的宇宙？
我们的宇宙是对称而平衡的.每一个“普通”粒子,都对应有一个“反”粒子.普通粒子和反粒子的质量完全相同,但是电荷和其他一切可以相反的特性都相反.和电子对应的是正电子；和质子对应的是反质子.以此类推.
粒子和反粒子一旦相遇就会“湮灭”,化为纯能量.而理论上认为,宇宙大爆炸创造的物质和反物质是等量的,它们理应会互相湮灭,化为乌有.宇宙间本不可能留下任何可供生命采用的基本材料,甚至于除了能量之外,什么都不应该留下.但是事实却是,我们存在,且存在于一个几乎完全由物质构成的宇宙中.
由于物质和反物质除了电荷等特性相反之外,具有相同的表现,所以是什么原因导致这两者中的一种能够从大爆炸中幸存下来,另一种却没有呢？
为了解开这个谜,科学家尝试了许多方法.方法之一就是以尽可能高的精度,观测物质和反物质的基本特点,比较它们的异同.假如它们在基本特点上有差异,即使这种差异极其微妙,也足以为我们提供解开这个千古之谜的线索.
要研究反物质,首先必须制造反物质.近年,物理学家研究得最多的反物质是反氢.氢是目前人类了解得最充分的一种物质（可能也是宇宙间最简单的物质）.制造5万个反氢原子,需要使用9万个反质子和300万个正子（正电子）.最终却也只能用磁场俘获其中的20个反氢原子,并将它们置于一个28厘米长的圆柱型容器中.
而根据4月4日《自然》杂志上的一篇论文,一个科研小组采用了一种前所未有的新标准,对反氢进行了有史以来精度最高的观测.他们的研究对象是1.5万个反氢原子（制造并保存这么多反氢原子首先就非常困难）.针对这些反氢原子,科研小组观测了它们的跃迁特点,亦即当它们从较低能量级跃升至较高能量级时,发射或吸收的光的频率.
此次观测的分光精度高达万亿分之二,比之前的最高精度——十亿分之几的级别——提升了大约100倍.据信,未来精度还有望再提升1000倍.但科学家并未通过此次实验发现任何新的东西.实验中,氢和反氢,也就是物质和反物质的光谱表现完全相同.这些反氢原子的能量级和吸收的光量,与氢原子的表现是一致的.
虽然在此精度级别上的相同表现,并不意味着在更高精度上,物质和反物质的表现还会一样.但这样的结果无疑会让物质宇宙存在之谜更加扑朔迷离.
下一步科学家可能会对反物质进行精度更高的光谱观测,甚至于可能会观测并比较它们在引力影响下是否有不同表现.
摘自“星空天文”微信公众号2018.04.10
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