2021年3月31日，日內瓦，歐洲核子研究組織（CERN）的ALPHA合作已成功使用鐳射冷卻了氫原子-最簡單的原子反物質形式。這種技術被稱為鐳射冷卻，是40年前在正常物質上首次被證明的，並且是許多研究領域的支柱。今天發表在《自然》雜誌上的一篇論文中描述了ALPHA首次將其應用於抗氫 ，這為更精確地測量抗氫的內部結構及其在重力作用下的行為提供了可能。將此類測量結果與經過深入研究的氫原子的測量結果進行比較，可能會發現物質原子與反物質原子之間的差異。這種差異（如果存在）可以闡明為什麼宇宙僅由物質組成，這種不平衡稱為物質－反物質不對稱。

ALPHA表示：“鐳射冷卻抗氫原子的能力改變了光譜和引力測量的遊戲規則，它可以在反物質研究中帶來新的視角，例如反物質分子的產生和反原子干涉儀的發展。”發言人Jeffrey Hangst。“我們在月球上。大約十年前，反物質的鐳射冷卻已成為科幻小說的領域。”

在ALPHA團隊使得透過從CERN的服用反質子反氫原子 反質子減速器和從鈉- 22源與正電子始髮結合它們。然後將所得的抗氫原子限制在磁阱中，這可防止它們與物質接觸並and滅。接下來，研究小組通常進行光譜研究，即測量反原子對電磁輻射（鐳射或微波）的響應。這些研究使研究小組能夠以前所未有的精度測量反氫中1S-2S的電子躍遷。然而，在正在進行的實驗中，這種光譜測量的精確度以及計劃中的將來在地球重力場中反氫的行為的測量的精確度受到反原子的動能或溫度的限制。

這就是鐳射冷卻的地方。在這種技術中，鐳射光子被原子吸收，從而使它們達到更高的能量狀態。然後，反原子發射光子，並自發衰減回到其初始狀態。由於相互作用取決於原子的速度，並且隨著光子傳遞動量，因此多次重複此吸收-發射迴圈會導致原子冷卻至低溫。

在他們的新研究中，ALPHA研究人員能夠透過反覆將反原子從原子的最低能態（1S態）轉換為更高能態（2P）來對磁性俘獲的反氫原子進行鐳射冷卻。使用脈衝鐳射，其頻率略低於兩個狀態之間的躍遷頻率。在照射被俘獲的原子數小時後，研究人員觀察到原子的中值動能下降了十倍以上，許多反原子的能量都低於微電子伏特（約等於絕對溫度零值以上0。012度）。

成功地對原子進行了鐳射冷卻後，研究人員研究了鐳射冷卻如何影響1S–2S躍遷的光譜測量，發現該冷卻導致該躍遷的光譜線更窄-比未觀察到的光譜線窄約四倍。鐳射冷卻。

“我們演示了氫原子鐳射冷卻及其在1S-2S光譜學中的應用，代表了歐洲核子研究組織（CERN）反質子減速器多年反物質研究和開發的高潮。這是迄今為止我們完成過的最困難的實驗。” Hangst說。

“從歷史上看，研究人員一直在努力對普通氫進行鐳射冷卻，因此多年來對我們來說這一直是一個瘋狂的夢想，”藤原誠說，他是使用脈衝鐳射來冷卻被捕集的氫的想法的第一個支持者。 Α。“現在，我們可以夢想擁有反物質甚至更瘋狂的東西。”