物理学家发现,反物质会坠落

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来自欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家发现,反物质会坠落。这听起来是一件显而易见的事情,但科学家们尚未能够确认它对重力的反应是否跟普通物质完全相同。现在,一个新的实验提供了迄今为止的最佳答案。

 

反物质很像构成我们周围一切的物质,但有一个重要的区别:其粒子具有相反的电荷。而这个简单的区别有一些重大的影响–每当一个粒子和它的反粒子相遇时它们就会互相湮灭。

对我们这些以物质为基础的生物来说,幸好反物质在宇宙中极为罕见,然而没有人真正知道原因。宇宙大爆炸本应产生等量的物质和反物质并最终会在数十亿年前湮灭宇宙的全部内容。我们今天在这里提出这个问题的事实表明,一些未知的因素造成了不平衡的现象。

因此,物理学家们正在仔细研究反物质,看看除了电荷之外,它和普通物质之间是否有任何其他差异,这可能是不平衡的原因。标准模型认为,不应该有任何其他差异,所以如果科学家发现了什么它就有可能会打开一个全新的物理学世界。

这意味着要直接回到基础知识来研究反物质。例如,每个元素都会吸收和发射不同波长的光并产生一个独特的指纹–被叫做发射光谱。反物质应该跟它的物质对应物具有相同的光谱,但直到2016年,CERN的科学家们才最终检查到。果然,反氢被发现具有跟氢相同的光谱。

反物质如何对引力产生反应是另一个看似简单的问题,这需要多年的研究。这听起来可能是我们应该已经知道的事情,但大多数时候反物质被悬浮在电磁陷阱中以防止它跟容器碰撞进而湮灭。预计反物质对引力的反应应该会跟普通物质相同–但有一个微小的机会并不如此,可能反其道而行,即向上坠落。

为了测试这个想法,研究小组将反质子和带负电的氢离子放入一个叫做潘宁陷阱的电磁装置中。一旦进入其中,粒子就会遵循一个周期性的轨迹,通过测量它们的频率,科学家可以计算出它们的电荷质量比。这个比率对于物质和反物质粒子来说应该是相同的,但任何差异都将归因于它们跟重力的相互作用的变化。

果然,研究小组发现,物质和反物质对引力的反应是一样的。至少,在实验的不确定性范围内,也就是在粒子所经历的重力加速度的97%以内。研究人员指出,这比以前的实验要精确四倍。

然而这仍为新物理学的潜入留下了空间。其他实验正在通过一种听起来更简单的方法来测试反物质跟重力的相互作用–丢弃反物质粒子,看看它们会去哪里。如果这些团队发现跟当前实验不同的结果,那么这可能暗示了标准模型之外的物理学。

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