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2018
03-25

反复冲击后,反氢显示其电荷:零


在CERN使用ALPHA陷阱的八个小时的实验,确认了比之前的反氢原子 - 氢原子的反物质对应电荷的20倍更高的精度 - 是零。

电荷与氢原子的电荷相同,再次证明了反物质和物质的性质是彼此镜像的。

非零电荷意味着核子中的反质子和它周围的正电子具有稍微不同的电荷,这违反了粒子物理学的标准模型的规则,并可能为物质的统治提供一个解释宇宙中的反物质。

加州大学伯克利分校物理学教授Joel Fajans说:“宇宙中物质和反物质的不对称性是宇宙大爆炸理论最重要的问题之一,实验的领导者。 “我们的实验很长时间来看看物质和反物质之间是否存在差异,在这种情况下是氢原子和反氢原子。两者应该是中性的。“

从理论上讲,物质和反物质应该是在138亿年前的宇宙大爆炸诞生时等量产生的。然而今天,反物质在宇宙中是罕见的,领先的物理学家寻找微小的违反已知的物理定律,可以解释不对称。 Fajans说:“从某种意义上讲,这是第一次对反氢原子进行的精密测量,因为测量结果超过了以往测量结果可以推断的任何数值。 “人们已经分别设定了反质子和正电子的电荷的界限,这两个界限是相反的,而且在实验上大致相等。但是在这篇论文中,我们对通过增加反质子和正电子的测量电荷获得的界限进行了改进。“

电荷为零,在十亿分之0.7以内,比以前的测量小20倍。

这个实验也使得研究人员能够计算出正电子的电荷,除了电子的符号之外,电子的电荷也是一样的,在十亿分之一的范围内。这个限制比以前的测量要好25倍。

结果刊登在1月21日的“自然”杂志号上。瑞士日内瓦欧洲核研究组织的ALPHA合作由丹麦奥胡斯大学的Jeffrey Hangst领导。

寻找物质和反物质之间的差异

加州大学伯克利分校法克斯物理学教授乔纳森·沃尔特勒(Jonathan Wurtele)和他们的ALPHA同事在前面的实验中探测了反氢原子,以此来搜索违反标准模型的行为,至今无济于事。为了发现物质和反物质的引力之间的差异,一个这样的尝试将得到更精确的测试,这要归功于来自加拿大和丹麦的1500万美元的新ALPHA资助,用于寻找反氢原子的引力异常。

在2014年底进行的最新实验中,Fajans和Wurtele采用了一种称为随机加速度的新技术,它比更直接的方法更敏感。他们像之前的实验一样捕获反氢原子,但是这次用电场反复脉冲,尝试将它们从陷阱中吸出来。如果反原子弹真的是中性的,这些领域就没有任何作用。 “

”我们不停地用电场狠狠地敲了反氢,约8万次。如果他们被控告,来回敲打他们,最终会给他们足够的能量逃离陷阱。“他说。 “反氢还留在陷阱中,使我们能够设定一个什么收费可能已经绑定”

他比较这种技术,碰撞一个足球场周围的气球,由数百或数千名球迷反复击中。如果没有空气摩擦来减慢速度,气球最终会缩小体育场。

由于50多名ALPHA科学家和学生的多年努力,ALPHA实验正处于关键时刻,Fajans说。

“我们已经到了这一步 我们可以放心地,可靠地对被困的反氢气进行实验,但是花费了我们数千小时的时间才达到目的。“ “这开启了反氢精确测量的新纪元。”

来源:加州大学伯克利分校