Steed的围脖 26-03-30 15:25
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3月24日,一辆卡车从欧洲核子研究中心(CERN)的反物质工厂出发,车身两侧印着“Antimatter in Motion”(反物质在途,图一),两侧各有一辆闪着警示灯的护卫车。卡车上装的不是危化品,也不是核材料,而是92个反质子。它们是宇宙中最难伺候的乘客。

反物质是普通物质的镜像双胞胎:质量相同,电荷和磁性完全相反。它有一个致命的脾气,碰到任何普通物质就会瞬间湮灭,双方同归于尽,化为一闪而过的高能粒子。空气不行,容器壁不行,哪怕一个残余气体分子都可能让它消失。所以自从人类学会制造反物质以来,它就从未离开过生产它的地方。

CERN的反物质工厂是全世界唯一能制造、储存和研究反质子的设施。但这个工厂本身有个问题:粒子加速器和减速器运转时产生的振动和电磁波动会干扰测量,精度始终上不去。科学家早就知道,如果能把反质子运到一个安静的实验室去研究,测量精度可以提高100到1000倍。

前提是,得先把它们“活着”运出去。

为了这次试驾,科学家把92个反质子关进了一个便携式低温彭宁阱。这个离子阱用强磁场把反质子悬浮在真空中,让它们不接触任何物质;同时把温度降到零下265℃(8.2开尔文),让反质子几乎静止不动。整套装置重850公斤,外观像一个大号文件柜,装的却是92个肉眼不可见的粒子。

装车过程就够紧张了。几十名戴着安全帽的科学家挤在反物质工厂里,看着一台巨大的黄色天车把这个“文件柜”从实验台上吊起(图二),缓缓移过厂房,放上平板卡车。这些动作之前已经排练过多次,但接下来的一步从未有人做过:开上公路。

公路是整个过程中风险最高的环节,因为路面颠簸会产生额外的振动。卡车缓缓驶出厂区,BASE实验的物理学家斯特凡·乌尔默开车跟在后面,全程盯着手机上的一个监控画面(图三)。屏幕上显示的是反质子的特征振动频率,正常状态下呈M形双峰,两个峰的高度代表阱中反质子的数量。如果双峰并成一个单峰,就意味着反质子已经湮灭。

卡车绕CERN园区跑了10公里后返回。途中,屏幕上的波形似乎发生了变化,但乌尔默随后确认,偏移的是探测器的谐振频率,漂了几赫兹,反质子本身的位置没有动。

乌尔默把这次试驾称为“一个新时代的起点”。

CERN的下一个目标是把反质子送到德国杜塞尔多夫的一间专用精密实验室,车程8小时。到那一步,难度马上上升。超导磁体得在整整8小时里持续保持低于8.2开尔文。路上的震动、供电稳定性、温度控制,任何一个环节出问题,反质子都可能当场消失。

但,最难的还不是上路。

真正险的一步,是到站之后。科学家还要把这些反质子从运输用的彭宁阱,转移到当地实验装置里,中间不能让它们碰到任何普通物质,不能让真空塌掉,不能让磁场失稳。它们一路活着到达,不代表最后能顺利“下车”。

从1928年保罗·狄拉克在纸上预言反物质的存在,到1995年CERN首次制造出反氢原子,再到今天把反质子装上卡车拉着跑。将近一个世纪,人类对反物质的操控终于从理论走到了公路。

10公里只是起点。等反物质抵达新的实验室,考验才算真正开始。

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图源:CERN

信源:Larson, Nina. "In World First, Antimatter Taken on Test Drive at CERN." Phys.org, edited by Andrew Zinin, 29 Mar. 2026

发布于 韩国