首页 我的图书馆 个图VIP 联系客服

看到好文章,想保存怎么办!

下载APP
CPT对称性再次通过检验

2020-02-22

1

1928年,物理学家狄拉克发表了一个结合了量子力学狭义相对论的方程。方程中的负能量解并不像先前认为的那样是非物理性的,而是预示着存在一类从未被观察到的全新粒子——反物质。这一预言随着安德森在1932年发现正电子(电子的反粒子)得到了证实。虽然物理学家一直在研究反物质,但一个与反物质有关的谜题至今未得到解决。

当你抬头仰望星空时,你会看到行星、恒星、星系,它们都是由物质构成的。虽然在闪电、香蕉中也有非常微量的反物质,但我们所生活的宇宙却是由物质主宰的。为什么不是反物质?这是现代物理学最大的谜团之一。但如果在大爆炸后,一种所谓的CPT对称性发生了轻微的破缺,那么就可以解释为什么今天的宇宙中缺少反物质。

CPT对称告诉我们物理定律在电荷共轭(C)、宇称反转(P)和时间逆转(T)的联合变换下保持不变:

也就是说,在一个充满反物质且时间倒流的镜像宇宙中,将具有与我们这个宇宙相同的物理学定律。

为了检验CPT,一些物理学家开始寻找物质和反物质之间的差异。由于氢原子在宇宙演化和我们对量子物理学的发展历史中扮演着重要的角色,因此物理学家对它的反物质——反氢原子尤其感兴趣。

在一篇刚发表于《自然》 的论文中,ALPHA团队报告了对反氢原子的高精度光谱测量。根据粒子物理学的标准模型,氢原子和反氢原子应该具有相同的能级和谱线。这次的新结果也表明了,反氢原子的能级之间的能量差与之前在普通氢原子上测量的符合得非常好,这为潜在的CPT破缺做出了强有力的限制。

○ 反氢原子是由一个反质子和一个正电子组成的。

2

氢是宇宙中最简单、含量最丰富的原子,物理学家可以非常精确地计算出它的性质。早在19世纪80年代,氢的光谱就已经得到了精确的测量,但直到上个世纪10年代才得到定量的解释。

1947年,在谢尔特岛举办的关于量子力学基础的会议上,物理学家兰姆报告了氢原子精细结构中的一个意想不到的特征:2S1/2和2P1/2态的分裂,即兰姆位移

这一发现激发了其他的物理学家,推动了量子电动力学QED的发展。QED是一个用来描述粒子和光之间的相互作用的理论。

兰姆位移既存在于氢原子中,也存在于反氢原子中。它是由电子与真空中的量子涨落相互作用产生的。然而,它的大小会受到一些因素的微妙影响,比如质子或反质子的电荷半径(电荷分布的空间范围)

3

○ ALPHA实验。| 图片参考来源:MAXIMILIEN BRICE, JULIEN ORDAN/CERN

ALPHA实验是在欧洲核子研究中心(CERN)进行的。实验室中有一个周长182米的反质子减速器,以接近光速进入该设备的反质子会被减速,再被送到ALPHA实验中,正电子则来自放射性钠源。

在非常低的温度(接近绝对零度)下,每隔4分钟就有9万个反质子和300万个正电子混合在一起,这个过程会产生大约20个的反氢原子,接着它们会被限制在磁阱中。通常情况下,这些反氢原子可以被储存至少60个小时,这使得重复产生过程可以在几小时内获得数百个反氢原子。

ALPHA的研究目标是测量反氢原子的1S1/2与2P1/2和2PS3/2之间的能量差:

○ 

○ 反氢原子的最低能级态。| 图片参考来源:Nature

本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,可拔打24小时举报电话4000070609 或 在线举报
来自:mjhyxy  > 数学
举报
[荐]  原创奖励计划来了,万元大奖等你拿!
猜你喜欢
类似文章
对称性的又一次胜利:科学家首次测量到反物质的光谱
科学家首次测量反物质氢原子光谱 | Nature 论文推荐
生命、宇宙、万物的终极答案是反物质?
宇宙的深处是否藏有反恒星和反星系?
欧核中心首次成功制造出反氢原子束
时空基本结构的基石
更多类似文章 >>
生活服务
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击右上角三个点联系客服!