迄今最精確質(zhì)子磁矩?cái)?shù)據(jù)測得

是驗(yàn)證物質(zhì)—反物質(zhì)對(duì)稱性的一個(gè)重要成果

科技日?qǐng)?bào)訊（記者陳丹）物理學(xué)家們?cè)谠噲D揭開宇宙反物質(zhì)失蹤之謎的實(shí)驗(yàn)中，以前所未有的精確度測量出了質(zhì)子內(nèi)在固有的磁力。據(jù)《自然》雜志5月30日（北京時(shí)間）報(bào)道，他們所掌握的這項(xiàng)測量質(zhì)子磁矩（描述微觀粒子磁性的物理量）的技術(shù)，精確度可達(dá)到10億分之3。這項(xiàng)研究對(duì)于驗(yàn)證物質(zhì)—反物質(zhì)對(duì)稱性來說是一個(gè)重要成果。

反物質(zhì)是物質(zhì)的鏡像，二者的一些關(guān)鍵屬性完全相反，它們?cè)谙嘤龅囊凰查g會(huì)湮滅并釋放出高能光子。物理學(xué)家認(rèn)為，宇宙大爆炸時(shí)產(chǎn)生了等量的反物質(zhì)和物質(zhì)，然而，現(xiàn)在的宇宙中只剩下物質(zhì)，反物質(zhì)不知所蹤，這便成為了一個(gè)未解難題。

研究報(bào)告的合著者、德國美因茨約翰尼斯·古騰堡大學(xué)物理學(xué)家安德里亞斯·莫塞爾說，質(zhì)子和反質(zhì)子磁矩之間的任何差異，都可揭示早期宇宙的不對(duì)稱性，從而解釋為何物質(zhì)“占了上風(fēng)”。他表示：“按照物理學(xué)目前的理解，這兩個(gè)值應(yīng)該是相等的?！?/p>

質(zhì)子的磁矩來自其基本的量子屬性——自旋，它會(huì)使質(zhì)子表現(xiàn)得像一個(gè)具有北極和南極的磁棒。當(dāng)置身于外部磁場中時(shí)，質(zhì)子的自旋既能與磁場一致，也能翻轉(zhuǎn)與磁場相對(duì)。通過觀察單個(gè)質(zhì)子在這兩種狀態(tài)之間的翻轉(zhuǎn)，研究人員能夠計(jì)算出質(zhì)子的磁矩。

他們讓一個(gè)質(zhì)子懸浮在一個(gè)陷阱中，并施加磁場使其翻轉(zhuǎn)；接著再將質(zhì)子推入具有磁場梯度的第二個(gè)阱中，然后測量它的微小振動(dòng)，以確定其自旋的取向。通過在兩個(gè)阱中來回發(fā)送質(zhì)子，研究團(tuán)隊(duì)能夠非常精確地測出磁場誘導(dǎo)質(zhì)子翻轉(zhuǎn)的頻率，從而計(jì)算出質(zhì)子的磁矩。這一結(jié)果比哈佛大學(xué)物理學(xué)家杰拉爾德·加布里埃爾斯在 2012年所作出的最好直接測量要精確760倍；比42年前利用間接手段獲得的最接近數(shù)據(jù)精確3倍。

日本東京大學(xué)物理學(xué)家、歐洲核子研究中心低速反質(zhì)子原子光譜和碰撞（ASACUSA）實(shí)驗(yàn)發(fā)言人早野隆吾（音譯）稱，這項(xiàng)研究“顯然是一個(gè)突破”。但他同時(shí)表示，這僅僅是個(gè)開始，“他們會(huì)希望能用同樣的方法、以類似的精度水平來測量反質(zhì)子”。

作為歐核中心反氫陷阱(ATRAP)實(shí)驗(yàn)的一部分，加布里埃爾斯的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)測量出了反質(zhì)子的磁矩，但并未發(fā)現(xiàn)質(zhì)子與反質(zhì)子的差異。莫塞爾的團(tuán)隊(duì)有望提高測量精度，他們計(jì)劃加入歐核中心的重子反重對(duì)稱性實(shí)驗(yàn)（BASE），利用其反物質(zhì)制造設(shè)備開展研究。待歐核中心的反質(zhì)子減速器于今年夏天重新啟動(dòng)，ATRAP、BASE和其他三個(gè)研究小組將使用它，展開一場尋找物質(zhì)和反物質(zhì)之間微小差異的競賽。

這些實(shí)驗(yàn)也將探索物質(zhì)和反物質(zhì)之間其他基本屬性的差異，包括反氫原子和氫原子的電磁輻射光譜及質(zhì)量的差異。早野說，即使是最細(xì)微的不同，都將對(duì)物理學(xué)基本的CPT（電荷—宇稱—時(shí)間反演）對(duì)稱性理論產(chǎn)生“釜底抽薪”的影響。

從某種意義上說，相對(duì)是存在的前提。一種事物之所以成為自己，就在于另一種能夠反襯前者獨(dú)特屬性的事物存在。因而可以說，人類尋找反物質(zhì)的意義，不僅僅只囿于物理學(xué)的一項(xiàng)課題，更是在找尋自身乃至整個(gè)物質(zhì)世界存在的依據(jù)。如今質(zhì)子磁矩等領(lǐng)域的進(jìn)展，正推動(dòng)科學(xué)家不斷跳出CPT對(duì)稱性之類物質(zhì)世界規(guī)則的束縛，用“正面”的方法，一點(diǎn)點(diǎn)拼湊出反物質(zhì)這個(gè)觸不到的“反面”。從1到760倍，從質(zhì)子到原子，這種積極的速率一旦得以延續(xù)，那么人類最終勾勒出反物質(zhì)清晰面目的日子，必將不會(huì)遙遠(yuǎn)。 （中國科技網(wǎng)-科技日?qǐng)?bào)）