自從歐洲核子研究中心（CERN）研究人員團隊成功實現他們的目標以來，已經過去了大約九個月。測量光譜從氫的鏡像粒子“反氫”中發射出來。
他們才剛開始。現在，研究人員利用光譜學掌握了反氫結構的詳細證據，為我們探索宇宙中存在某種東西而不是空無一物的過程奠定了里程碑。
由加拿大研究人員領導的 ALPHA 合作計畫首次詳細觀察到「自製的「反氫的結構已經顯示出它的譜線與氫幾乎相同。
如果它們稍微不同，這將是一個完全不同的故事，這預示著我們的宇宙模型出現了裂縫，可以揭示為什麼它看起來是這樣的。
現代物理學目前面臨的一大謎團是，為什麼一切事物似乎都是由一種物質構成，而實際上有兩種物質。
這標準型號物理學家預測所有粒子都有孿生粒子；匹配的粒子具有鏡像特性，例如相反的電荷。
例如，帶負電的電子有一個帶正電的夥伴，稱為正電子。
這些粒子形成一對。更重要的是，如果兩個相反的粒子相遇，它們就會在伽馬輻射中相互抵消。
這就留下了一個問題：為什麼有這麼多的一種物質，而不僅僅是一個充滿輻射的空宇宙。
如果宇宙的表觀對稱性存在某種不平衡，那麼這將在很大程度上解釋為什麼我們最終會在宇宙結束後留下足夠的物質。大霹靂建造數兆個星系。
尋找這兩種物質的差異是一個很好的起點。
第一步已經足夠了反物質在一個地方，這並不是一件容易的事。
ALPHA Collaboration 透過啟動 CERN 的反質子減速器並產生大約 90,000 個反質子，成功地做到了這一點。
為了製造反氫元素，他們需要將每個反質子與一個正電子耦合。
即使製造了 160 萬個正電子，研究人員也只能製造出約 25,000 個反氫原子。
其中相對少數的速度足夠慢，足以被困在一個特殊的力場中，使它們無法接觸「正常」物質並在眨眼間消失。
“我們必須把他們分開”研究員賈斯汀·慕尼黑說。
“我們不能只是將反原子放入普通容器中。它們必須被捕獲或保存在特殊的磁性瓶內。”
總而言之，團隊透過多次試驗成功捕獲和檢測了 194 個原子，這讓您了解了研究即使是最簡單形式的反物質所涉及的困難。
幸運的是，用不同頻率的微波照射反氫樣品並觀察它們的反應就足夠了。
當微波等電磁輻射單位撞擊電子時，它會吸收電子並改變位置。反彈回來，它噴出自己的光波。
不同的元素吸收並發射特定波長的光譜，產生一種模式，告訴物理學家很多關於產生它們的原子結構的資訊。
“光譜線就像指紋。每個元素都有自己獨特的圖案，”研究員邁克爾海登說來自西門菲沙大學。
理論上，作為同一元素的鏡子，氫和反氫應該共享這種模式。
早期研究表明這是真的，但細節還不夠清楚，無法得出結論。
研究人員首次找到了一種捕獲反氫譜線細節的方法，並表明它們實際上與氫相同。
用微波輻射反氫原子使物理學家能夠以相當間接的方式確定其光指紋，利用反氫原子的特定變化使它們從磁瓶中噴射出來，從而微調對其譜線的估計。
“光譜學是物理學所有領域中非常重要的工具。隨著我們將光譜學擴展到反物質，我們現在正在進入一個新時代，”傑弗瑞漢斯特說，ALPHA實驗的代言人。
“憑藉我們獨特的技術，我們現在能夠在數小時而不是數週內觀察反物質原子的詳細結構，這是我們幾年前甚至無法想像的。”
目前，比較顯示了使用光譜學的有效性，而不是產生了巨大的新物理學。但像這樣的新工具對於未來研究反物質將非常重要。
“通過研究反原子的特性，我們希望更多地了解我們所生活的宇宙。”海登說。
“我們可以在實驗室中製造反物質，但它似乎並不自然存在，除非數量極少。這是為什麼？我們根本不知道。但也許反氫可以給我們一些線索。”
這項研究發表於自然。
