CERN physicists trap antihydrogen atoms for more than 16 minutes (w/ video)
http://www.physorg.com/news/2011-06-cern-physicists-antihydrogen-atoms-minutes.html
June 5, 2011
根據 UCB 的研究者表示，在 CERN 陷住反氫（antihydrogen）原子已變得像例行公事，致使物理學家相信，他們很快就能針對這種罕見的、等同於氫原子的反物質進行實驗。
"我們已陷住氫原子長達 1,000 秒，" 在高能粒子物理學中 "那是永遠，" Joel Fajans 表示，UCB 物理學教授，LBNL 任職科學家，以及瑞士日內瓦，CERN ALPHA （Antihydrogen Laser Physics Apparatus）實驗的成員。
ALPHA 團隊辛苦建造一套新的反氫阱（antihydrogen trap） "希望到了 2012 年我們有一個能使用雷射的新阱，以便針對這種反原子進行光譜學實驗，" 他說。
Fajans 與 ALPHA 團隊，那包括 Jonathan Wurtele（UCB 物理學教授），於六月 5 日將在 Nature Physics 期刊的 AOP 線上版中發表他們最新的成果。 Fajans、Wurtele 以及他們的畢業生在設計反物質阱以及該實驗其他面向上扮演主要的角色。
他們的論文報告，在去年一系列的測量中，該團隊陷住 112 個反原子的時間範圍從十五分之一秒到 1,000 秒，即 16 分鐘，以及 40 秒不等。
自該實驗於 2009 年首度成功捕獲第一個反氫原子以來，研究者迄今已捕捉到 309 個。
"我們偏好能一次陷住一千個原子達一千秒，且我們仍可著手雷射與微波實驗以探索反原子的特性，" Fajans 說。
在 2010 年 11 月，Fajans、Wurtele 以及 ALPHA 團隊報告他們陷住反氫的第一批資料：38 反原子中的每一個都受陷超過十分之一秒。然而，他們在 10 次的嘗試中只有一次能成功捕捉到一個反原子。
該實驗到了去年底，他們幾乎每次嘗試都能捕捉到一個反原子，而且將反原子留在阱中的時間完全按照他們的意思。
實際上，陷住 10 - 30 分鐘，就足以應付絕大多數實驗，只要這些反原子維持在它們最低的能量狀態，或基態。
"這些反原子應與正常物質「氫原子」一模一樣，所以我們非常確定在一秒之後它們全都處於基態，" Wurtele 說。
"這些很可能是至今被創造出來的第一批基態反原子，" Fajans 補充。
反物質是個謎，因為在 136 億年前創造宇宙的大霹靂（Big Bang）期間， 它被製造出來的數量應與正常物質相同。然而今日，這裡並沒有反物質星系或星雲的證據，而且反物質非常罕見，能存在的時間非常短，例如，在它與正常物質相撞湮滅之前的某種放射性衰變期間。
因此想要測量反原子的特性，以便測定其電磁、重力的交互作用是否與那些正常物質一模一樣。目標之一是檢查反原子是否像正常原子那樣遵守 CPT 對稱。CPT（harge-parity-time）對稱意指，如果某粒子在鏡像宇宙中具有相反的電荷並隨時間向後移動，則該粒子將以相同方式表現。
"任何 CPT 對稱破壞的暗示都需要嚴肅地重新思考我們對於大自然的理解，" 丹麥 Aarhus 大學的 Jeffrey Hangst 表示，ALPHA 實驗發言人。"不過一半的宇宙已經消失了，所以某種反思在議程上很明顯。"
ALPHA 將來自 CERN 反質子減速器（Antiproton Decelerator）的反質子與正電子（positrons，即反電子，antielectrons）於真空腔中混和，藉此捕捉反氫，因為它們在那會結合成反氫原子。利用反原子微小的磁矩，寒冷的中性反氫會被侷限在磁瓶中。藉由關閉磁場並允許粒子與正常物質相互湮滅（那會創造出一道閃光），受限原子就能夠被偵測。
因為這種禁錮依賴反氫的磁矩，如果反原子的自旋翻轉，它會從磁瓶被彈射出來，並與正常物質的某個原子相互湮滅。這賦予實驗者一種比較容易的方式來偵測光或微波與反氫的交互作用，因為在頻率正確的光子使得反原子自旋向上或向下。
該團隊雖已能一次陷住三個反氫原子，不過目標是陷住更長的一段時間，以便在測量中達到更大的統計精確性。
ALPHA 聯盟也將在 Nature Physics 論文中報告，該團隊已測得受陷反氫原子的能量分佈。
"那聽起來也許不怎樣，不過那是第一個以受陷反氫原子進行的實驗，" Wurtele 說。"今夏，我們計畫更多實驗，利用微波。希望我們能測得微波所誘發的反原子原子態變化。"
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