西北大学的研究人员将一个正电子(电子的反粒子)在电磁陷阱中保存了几个月。在真空中分离颗粒并冷却至几乎绝对零。在这些条件下,研究小组操纵其量子态并在不破坏样品的情况下重复测量。该工作发表在《物理评论快报》上。正电子不能简单地放置在普通容器中:当它遇到物质时,它就会湮灭。因此,正是对一个粒子的长期保留和控制使该方法对未来的实验有用。
物理学家感兴趣的是物质的性质与反物质的性质有多接近。电子和正电子的质量相同,但电荷相反。现在我们可以更准确地比较它们的磁性。根据《连线》杂志引用的估计,新装置可以将正电子测量的精度提高约 30 倍。这是该方法的视角,而不是关于已发现偏差的消息。到目前为止,实验尚未显示出粒子之间出现意想不到的差异。它的结果是不同的:研究人员拥有更灵敏的仪器,能够寻找微小的差异并测试解释宇宙中普通物质的主导地位的物理理论。
结果的规模很重要。科学家们研究的是单个反粒子,而不是积累适合能源的反物质供应。更精确地比较磁性可以帮助测试基本相互作用的对称性,但其本身并不能回答为什么在宇宙诞生后有如此多的物质幸存下来。为了得出这样的结论,需要新的测量及其与计算的比较。将粒子保留数月可以让您在同一物体上重复实验,减少随机误差的影响并更准确地研究量子跃迁。下一个令人信服的步骤:公布测量的数值结果、独立重复实验并验证系统误差。即使电子和正电子的性质再次变得相同,这也将是有用的:该理论将获得更严格的实验边界。标题中的“谜”这个强烈的词并不意味着它已经被解决了。
进一步说,这项成果的关键不在于反物质能被保存多久,而在于保存期间还能精确操控同一个粒子。过去若每次测量都要重新制备样本,实验条件之间的微小差异就更难排除。现在研究者可以连续观察,比较不同设置下的反应。不过,仪器灵敏度的提高也会让环境磁场、温度变化和校准误差显得更重要;未来公布的数据必须解释这些因素如何控制。大众常把反物质与科幻能源联系在一起,这项工作并没有提出可用的能源技术。它属于基础物理测量,价值是让已有理论接受更严格的检验,而不是立即改变日常设备。