普通氦原子的原子核含有兩個質子、兩個中子，其外層軌道含有兩個電子。(Shutterstock)

歐洲核研究組織(CERN)的低速反質子原子光譜和碰撞(ASACUSA)實驗産生了一種正物質和反物質混合的氦原子，并發現這種原子在低溫液氦環境中，對激光的反應與普通原子差異很大。

ASACUSA項目組發言人馬斯基·霍利(Masaki Hori)說：“我們的研究說明，正反物質混合的氦原子在粒子物理以外還有很多用途。可以說，我們已經邁出了使用反質子研究凝聚态物質的第一步。”

按照物理學标準粒子模型的認知，任何物質都存在與之對應的反物質，除了所帶電荷相反之外，其它屬性完全相同。比如，質子帶正電，反質子帶負電，但是其它屬性相同。

産生同時含有正反物質的混合原子是ASACUSA項目的核心任務之一。研究人員用CERN的反質子減速器(Antiproton Decelerator)向低溫氦氣發射反質子束。多數反質子一旦遇到周圍的物質，立即就會互相抵消，也叫“湮滅”，但是一小部分進入氦原子與之結合，每個反質子替換掉原來繞着氦原子核運轉的兩個電子中的一個，從而産生這種正反物質混合的特殊原子。

研究人員通過測量混合原子對激光的反應研究它們的光譜，從而研究反物質粒子的質量。氣體的密度和溫度對反物質研究起到重要的作用。研究稱，如果氣體密度較高，産生的光譜範圍太寬、甚至有些模糊，不利于研究人員探查反質子與電子質量之間的差異。

霍利說：“在此之前，液态物質内含有的反物質都無法用激光進行高分辨率的研究。”

而這次的實驗看到了反常的現象：當研究人員把氦氣的溫度不斷降低的時候，氦氣成為液體，其密度比氣體狀态下大得多，卻看到了反質子光譜寬度變窄的反常現象。

不僅如此，當研究人員繼續降低溫度，降到低于2.2開爾文，也就是非常接近絕對零度的時候，看到反質子的譜線更是突然大幅度地變窄。研究介紹說，這個溫度點是液氦成為超流體的臨界溫度。超流體是液體一種奇特的狀态，完全缺乏黏性，摩擦力為零。如果把超流體置于環形容器中，它可以無止盡地流動。

研究者之一安娜·索特(Anna Sótér)說：“這個現象出乎意料。液氦超流體内的混合氦原子對激光的光譜反應，與高密度氣态氦内同樣的混合原子的反應，以及流體或超流體内其它普通原子的反應差異都很大。”

研究稱，這項發現打開了很多新的研究領域。首先，研究人員可以造出其它混合原子，比如介子氦原子(pionic helium atom)通過觀測它們在超流體内的行為測量這些粒子的質量;其次，混合氦原子在液氦超流體内光譜顯着變窄的特性，可用于對這種物質和其它凝聚态物質進行更詳盡的研究;最後，混合原子的這一光譜特性可用于在太空或高空氣球内的低溫實驗室内尋找像反質子和反氘核等粒子。

這份研究3月16日發表于《自然》(Nature)期刊。​

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