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迄今最精确质子磁矩数据测得 精确度可达到10亿分之3 是验证物质—反物质对称性的一个重要成果 科技日报讯（记者陈丹）物理学家们在试图揭开宇宙反物质失踪之谜的实验中，以前所未有的精确度测量出了质子内在固有的磁力。据《自然》杂志5月30日（北京时间）报道，他们所掌握的这项测量质子磁矩（描述微观粒子磁性的物理量）的技术，精确度可达到10亿分之3。这项研究对于验证物质—反物质对称性来说是一个重要成果。 反物质是物质的镜像，二者的一些关键属性完全相反，它们在相遇的一瞬间会湮灭并释放出高能光子。物理学家认为，宇宙大爆炸时产生了等量的反物质和物质，然而，现在的宇宙中只剩下物质，反物质不知所踪，这便成为了一个未解难题。 研究报告的合著者、德国美因茨约翰尼斯·古腾堡大学物理学家安德里亚斯·莫塞尔说，质子和反质子磁矩之间的任何差异，都可揭示早期宇宙的不对称性，从而解释为何物质“占了上风”。他表示：“按照物理学目前的理解，这两个值应该是相等的。” 质子的磁矩来自其基本的量子属性——自旋，它会使质子表现得像一个具有北极和南极的磁棒。当置身于外部磁场中时，质子的自旋既能与磁场一致，也能翻转与磁场相对。通过观察单个质子在这两种状态之间的翻转，研究人员能够计算出质子的磁矩。 他们让一个质子悬浮在一个陷阱中，并施加磁场使其翻转；接着再将质子推入具有磁场梯度的第二个阱中，然后测量它的微小振动，以确定其自旋的取向。通过在两个阱中来回发送质子，研究团队能够非常精确地测出磁场诱导质子翻转的频率，从而计算出质子的磁矩。这一结果比哈佛大学物理学家杰拉尔德·加布里埃尔斯在2012年所作出的最好直接测量要精确760倍；比42年前利用间接手段获得的最接近数据精确3倍。 日本东京大学物理学家、欧洲核子研究中心低速反质子原子光谱和碰撞（ASACUSA）实验发言人早野隆吾（音译）称，这项研究“显然是一个突破”。但他同时表示，这仅仅是个开始，“他们会希望能用同样的方法、以类似的精度水平来测量反质子”。 作为欧核中心反氢陷阱(ATRAP)实验的一部分，加布里埃尔斯的团队已经测量出了反质子的磁矩，但并未发现质子与反质子的差异。莫塞尔的团队有望提高测量精度，他们计划加入欧核中心的重子反重对称性实验（BASE），利用其反物质制造设备开展研究。待欧核中心的反质子减速器于今年夏天重新启动，ATRAP、BASE和其他三个研究小组将使用它，展开一场寻找物质和反物质之间微小差异的竞赛。 这些实验也将探索物质和反物质之间其他基本属性的差异，包括反氢原子和氢原子的电磁辐射光谱及质量的差异。早野说，即使是最细微的不同，都将对物理学基本的CPT（电荷—宇称—时间反演）对称性理论产生“釜底抽薪”的影响。 总编辑圈点： 从某种意义上说，相对是存在的前提。一种事物之所以成为自己，就在于另一种能够反衬前者独特属性的事物存在。因而可以说，人类寻找反物质的意义，不仅仅只囿于物理学的一项课题，更是在找寻自身乃至整个物质世界存在的依据。如今质子磁矩等领域的进展，正推动科学家不断跳出CPT对称性之类物质世界规则的束缚，用“正面”的方法，一点点拼凑出反物质这个触不到的“反面”。从1到760倍，从质子到原子，这种积极的速率一旦得以延续，那么人类最终勾勒出反物质清晰面目的日子，必将不会遥远。 |
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