简介：反物质是一种非常少见，并且缺乏认识的存在。当正常物质和反物质接触时，两者相互吞噬。有一个迷惑是为什么物质成为主导太空而不是反物质。对于两者差别的发现可以一定程度上解释我们现宇宙的结构。
这张内部照片展示了反氢激光物理仪器(ALPHA)在反物质实验中发射的激光。（图源：©CERN/ALPHA Experiment）
量子物理学使反氢原子的研究处于压力之下。
一个沸腾的、嘈杂的真空充满了量子空间，这扭曲了宇宙中每个氢原子的形状。现在我们知道它还扭曲了氢的反物质孪生体:反氢。
图解：氢原子的两种精细结构
反物质是一种鲜为人知的物质，在我们的宇宙中很少见，它几乎完美地模拟了物质，但所有的属性都颠倒过来了。例如，电子是携带负电荷的微小物质粒子。它们的反物质孪生体就是携带正电荷的微小“正电子”。把一个电子和一个质子（一种比较大而且携带正电荷的物质粒子）结合在一起你就可以得到一个简单的氢原子。把一个反物质正电荷和一个反质子结合在一起就可以得到一个反氢原子。但是当一个常规物质和反物质接触的时候，反物质粒子和那个物质会相互湮灭。
图源：bing
目前，反物质似乎是物质的完美的、对抗性的孪生兄弟，而物理学中最大的谜团之一是，为什么当反物质成为宇宙中一个小角色时，物质开始主宰空间。找到这两者之间的些许不同可能有助于解释现代宇宙的结构。
隶属于欧洲核子研究中心(CERN)的加拿大粒子物理学家藤原诚（Makoto Fujiwara）说，兰姆位移是寻找这种差异的好地方。发表在《自然》（Nature）杂志上的这项新研究的作者之一。自从1947年开始，量子物理学家就知道了这种奇怪的量子效应，它是以亚利桑那大学物理学家威利斯·兰姆的名字命名的。在战后第一次重要的美国物理学家会议中，兰姆揭示了在氢原子中有些我们看不见的东西会推动它的内部粒子，结果在轨道电子和质子中产生了比现存的核理论所允许的更大的空隙
藤原诚在接受天文在线采访时表示: “简单地说，兰姆位移是“真空”效应的一种物理表现，通常当你想到真空时，你想到的是“什么都没有”。然而，根据量子物理学的理论，真空中充满了所谓的“虚拟粒子”，它们其实在不断地诞生和毁灭。”
这种短暂的、半真半假的粒子的神秘气泡对周围的宇宙产生了实实在在的影响。而在氢原子内部，它会产生一种压力，将两个相连的粒子分开。因此这个意外的发现才为兰姆赢得了1955年的诺贝尔物理学奖。
几十年来，虽然物理学家们已经知道兰姆位移改变了氢能级，但他们不知道它是否也能影响反氢。
藤原诚和他的同事想要查明这一点。
藤原诚表示：“我们研究的总体目标是看看氢和反氢之间是否存在差异，但我们事先并不知道这种差异会出现在哪里。”
为了研究这个问题，研究人员使用欧洲核子研究中心(CERN)的反氢激光物理仪器(ALPHA)反物质实验，煞费苦心地收集了反氢的样本。藤原诚说，因为产生一个足够大的反氢样本需要几个小时。
它可以将物质悬浮在排斥物质的磁场中。然后，阿尔法的研究人员用激光照射被捕获的反氢原子，研究反物质如何与光子相互作用，从而揭示微小的反原子隐藏的特性。
图解：用激光照射被捕获的反氢原子，研究反物质如何与光子相互作用，图源：bing
随后阿尔法的研究人员在不同条件下对不同的反氢原子样本重复了十几次实验，发现他们的仪器检测到的氢的兰姆位移和反氢原子的兰姆位移没有区别。
“到目前看来，反氢原子和普通氢原子的基本性质并有什么不同，”藤原诚说，“如果我们发现任何差异，哪怕是最微小的差异，都将迫使我们彻底改变对物理宇宙的理解。”
虽然研究人员目前还没有发现任何差异，但反氢原子物理学对我们来说仍然是一个未知的领域。直到2002年，物理学家们甚至还没有任何容易研究的氢气样本，直到2011年，阿尔法（ALPHA）才开始捕获氢气样本。
这一发现是“第一步”，藤原诚表示，但在物理学家真正理解氢和反氢的比较之前，还有很多东西需要研究。
作者: Rafi Letzter
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