CERN物理学家发现反物质原子的意外行为

ASACUSA联合发言人Masaki Hori说道：“我们的研究表明，混合物质-反物质氦原子可以在粒子物理学之外使用，特别是在凝聚物质物理学，甚至可能在天体物理学实验中使用。我们可以说已经在使用反质子研究凝聚态物质方面迈出了第一步。”

ASACUSA合作项目很习惯于制造物质-反物质混合氦原子以确定反质子的质量并跟质子的质量进行比较。这些混合原子包含一个反质子和一个围绕氦核的电子，是通过将欧洲核子研究中心反物质工厂生产的反质子跟原子密度低且保持低温的氦气混合而成。

低气体密度和温度在这些反物质研究中发挥了关键作用，这些研究涉及到测量混合原子对激光的反应，以此来确定其光谱。高气体密度和温度导致光谱线，而这些光谱线是由反质子或电子在不同能级之间的转换引起的，它们太宽，甚至被遮挡，进而无法确定反质子相对于电子的质量。

这就是为什么ASACUSA的研究人员感到惊讶的原因，当他们在新研究中使用密度比气态氦高得多的液态氦时，他们看到反质子谱线的宽度有所下降。

此外，当他们把液态氦的温度降低到低于液体成为超流体的温度时，即没有任何阻力的流动，他们发现光谱线会突然进一步变窄。

Anna Sótér说道：“这种行为是出乎意料的。混合氦原子在超流体氦中的光学反应跟同一混合原子在高密度气态氦中的反应以及许多正常原子在液体或超流体中的反应截然不同。”据悉，Sótér是该实验的主要博士生，现在是ETHZ的助理教授。

研究人员认为，观察到的行为跟电子轨道的半径有关，即混合氦原子的电子所处的距离。跟许多正常原子相比，当激光照射在原子上时，混合原子的电子轨道半径变化很小，因此即使原子浸在超流体氦中也不会影响光谱线。然而还需要进一步的研究来证实这一假说。

这一结果有几个方面的影响：首先，研究人员可能会在超流体氦气中使用不同的反物质和外来粒子创造其他混合氦原子如离子氦原子，以详细研究它们对激光的反应并测量粒子的质量；其次，超流体氦中光谱线的大幅变窄表明，混合氦原子可用于研究这种形式的物质并可能用于研究其他凝聚态物质相；最后，狭窄的光谱线原则上可用于搜索速度特别低的宇宙反质子或反氘子（由一个反质子和一个反中子组成的核），这些反质子或反氘子击中了用于冷却太空或高空气球中的实验的液体或超流体氦气。然而，在该方法成为搜索这些形式的反物质的现有技术的补充之前，研究人员必须要克服许多技术挑战。