物理学家认为这是一个好消息：相反的结果将会产生重大影响。

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工作人员正在安装一个包含反氢的磁场装置，它是CERN反氢激光物理仪器的一部分

反物质刚刚失去了一点魅力

物理学家知道，对于自然界中的每一种基本粒子，都存在一种反粒子——一个具有相同质量和自旋，但带有相等且相反电荷的“邪恶孪生体”。当这些孪生粒子对相遇时，它们会相互湮灭，在接触时释放一道能量闪光。

在科幻小说中，反粒子能为曲速引擎提供动力。一些物理学家已经在推测，反粒子正在被引力排斥，甚至在时间中穿越旅行。

欧洲核子研究中心（CERN）的一项新实验将一部分猜想带回到现实。实验表明，在引力场中，反粒子就像我们其他人一样会下落。“最重要的是，没有免费的午餐，我们无法利用反物质飘浮起来。”加州大学伯克利分校的乔尔·法扬斯（JoelFajans）说道。

法扬斯博士是国际反氢激光物理仪器（ALPHA）合作组织的成员。这一组织设在CERN，由丹麦奥胡斯大学的粒子物理学家杰弗里·杭斯特（JeffreyHangst）主持。

法扬斯博士和他的同事们收集了约100个反氢原子，并将它们悬浮在磁场中。当磁场强度缓慢减弱时，反氢原子就像十月的枫叶一样飘落，并且下落的加速度，或者说重力加速度，和普通原子相同，约为9.8m/s2。他们周三在《自然》杂志上发表了结果。

几乎没有物理学家对这一结果感到惊讶。根据爱因斯坦的广义相对论，物质和能量的所有形式对引力的响应都是相同的。“如果你走在物理系的走廊上，询问物理学家，他们可能所有人都会说这一结果一点也不令人意外。”加州大学伯克利分校的物理学家乔纳森·沃特尔（JonathanWurtele）在大学发布的一份声明中说道。正是他在十年前首次向法扬斯博士建议了这个实验。“这就是现实。”沃特尔博士说。

他补充道：“但他们大多数人也会说，这个实验必须要进行，因为你永远无法确定结果到底是什么，相反的结果将有重大的影响。”

镜像世界

1928年，在自然界遵循数学的最令人惊讶的例子之一中，物理学家保罗·狄拉克（PaulDirac）发现，描述电子的量子力学方程有两个解。在一个解中，电子（这种粒子是化学和电学的主要工具）带负电荷。在另一个解中，粒子则带正电荷。

那种粒子是什么？狄拉克认为它是质子，但后来因原子弹而闻名的罗伯特·奥本海默（RobertOppenheimer）提出，它是一种全新的粒子：正电子。正电子质量和自旋与电子相同但带有正电荷。两年后，加州理工学院的卡尔·安德森（CarlAnderson）在宇宙线簇射中探测到了正电子，这一发现为他赢得了诺贝尔物理学奖。

反物质的魅力由此而生。在原子核中占主导地位的带正电质子，与带负电的反质子相对应。反电子被称为正电子。同样位于原子核中的中子有反中子。组成质子的夸克也有反夸克，诸如此类。

理论上，可能存在由反生物居住的整个反世界。有这样一个笑话，如果你遇上了你的反自己，那个人会伸出左手来握手，但你最好不要接受，否则你们俩都会爆炸。

对于科学家而言，反物质的激动人心之处不仅仅在于补充命名怪异的粒子名单。对他们来说，研究反氢原子是检验一些关于自然界最深层假设的第一步。这些假设认为，反物质在外观和行为上应当与普通物质完全相同。

在过去的20年里，来自ALPHA小组的科学家一直在CERN收集反物质。他们从CERN质子同步加速器的碰撞中抽取高能反质子，并将它们从光速减速到每秒数百米的速度，温度降到约绝对零度以上15度。之后，将反质子与由放射性钠衰变产生的反电子（或正电子）云混合在一个由电场控制的所谓混合势阱中。

普通氢是宇宙中最简单和最丰富的元素，它由一个带正电的质子和一个带负电的电子组成。ALPHA实验生成了数个反氢原子：原子核是一个反质子，一个正电子围绕着它。

2002年，杭斯特博士报告称，这些反氢原子在与普通氢原子相同的频率和波长上发射和吸收光，正如爱因斯坦所预言的那样。法扬斯博士说，从那以后，许多实验都间接但强烈地表明反物质也正常地受到引力作用。但是这些实验并没有定论，因为引力比用于操控反原子的电磁场强度的十万亿分之一还要弱。

瓶中的反物质信息

在最新的实验中，反氢原子被束缚在一个约25厘米长的金属容器内的磁场中。由于反氢原子像氢原子一样携带着它们自身微弱的磁场，它们会从这个瓶子的内壁反弹。

可以通过调节磁场来抗衡引力，使得反氢原子悬浮于瓶子中。在实验中，当磁场强度缓慢减弱时，反氢原子们最终逃离了磁场，并在瓶子内壁上自我湮灭，化成一道闪光。据统计分析，约80%的闪光发生在瓶子内壁的下方。这表明，引力通常会将反原子往下拉，就像它对普通物质所做的那样。

任何违背氢和反氢之间预期对称性的结果都会撼动物理学的核心。

沃特尔博士说，那还没有发生，这个实验首次完成了对中性反物质所受引力作用的直接测量，这是发展中性反物质科学领域的又一步。

但是，这一结果留下了另一个谜题。根据相对论和量子力学——两个都能描述宇宙但似乎相互矛盾的理论——宇宙大爆炸本应该产生相同数量的物质和反物质，它们本应该在很早以前就相互湮灭了。

然而，我们的宇宙全是物质，除了宇宙射线簇和粒子对撞机碰撞的产物之外，找不到一点反物质微粒。那么，究竟发生了什么？为什么宇宙包含了一些物质而非什么都没有？这个问题已经被关注了近一个世纪之久。

三年前，日本的一项涉及奇异粒子中微子的实验宣称，中微子可能是理解宇宙不平衡的一条线索。在大型强子对撞机上，有一整套仪器，被称为LHCb，致力于搜寻任何可能改变宇宙平衡的物质与反物质之间的差异。

当被问及ALPHA实验的结果能否给LHCb团队提供任何见解时，沃特尔博士说：“由于我们的答案与正常引力一致，我不认为它能给出任何线索，这很不幸。”这是表达我们仍不知道我们为何出现在这里的另一种方式。

资料来源TheNewYorkTimes

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本文作者丹尼斯·奥弗比（DennisOverbye）是《纽约时报》专栏作者，著作有《环宇孤心：探索宇宙奥秘的故事》以及《恋爱中的爱因斯坦：科学罗曼史》