据《自然》杂志报道,3月24日,欧洲核子研究中心(CERN)的研究团队成功完成了一项前所未有的实验:他们把92个反质子装进一个特制的“瓶子”里——这个瓶子靠磁场把反物质牢牢困住,不让它接触任何普通物质。随后,一辆卡车载着这个装置,在CERN位于瑞士日内瓦郊外的园区内行驶了30分钟,全程超过8公里,最高时速达到42公里。

当天,不少CERN员工拿着手机和相机出来围观这辆“载着反物质”的卡车,场面既紧张又带点科幻感。

“这是人类从未做过的事,具有历史意义。”研究团队成员、德国杜塞尔多夫大学(HHU)的物理学家Stefan Ulmer说。

CERN是目前全球唯一能大量生产反质子的地方,堪称一座“反物质工厂”。但问题在于,这里太“吵”了——各种实验设备产生的电磁噪声干扰严重,不利于对反物质进行高精度测量。因此,科学家们一直想把反物质运到更安静的地方做研究。

反物质极其敏感:它和普通物质质量相等、电荷相反,一旦相遇就会瞬间湮灭,全部转化为能量。这也让它的储存和运输变得异常困难。

CERN制造反质子的方法,是用高速质子束轰击一块致密金属,再通过电场和磁场把产生的反质子减速、捕获。但这个过程损耗极大,绝大多数粒子都会在途中丢失。Ulmer提到,按当前技术,制造一克反物质的成本高达数万亿美元,释放的能量相当于一枚核弹;而以CERN现在的产量,攒够一克反物质所需的时间,是宇宙年龄的十倍都不止。

为了实现运输,研究团队专门开发了一种便携式粒子陷阱。这个装置能让反质子悬浮在真空中,永远不碰到容器壁。整个系统依赖超导磁体供电,并用低温技术冷却到4开尔文(约零下269摄氏度)。同时,装置必须维持超高真空环境,防止反物质与空气中的粒子接触而湮灭。此外,所有设备还得扛得住卡车行驶中的震动和颠簸。车上还装了一个探测器,司机坐在驾驶座上就能实时查看反质子的状态。

这项研究的负责人、HHU物理学家Christian Smorra表示,30多年前设计“反物质工厂”的前辈们就曾梦想有一天能把反物质运出去。如今,这个梦想终于迈出第一步。

接下来,团队计划先把反物质运到CERN园区内的另一栋楼,练习如何把它从一个陷阱转移到另一个陷阱。之后,他们打算将反质子运到约700公里外的德国杜塞尔多夫。预计到2029年前后,HHU将在新建的实验室里对这些反质子展开精密测量。

为什么要这么麻烦?因为要精确测量反质子的质量,必须在极其稳定的磁场中观察它的行为。而CERN现有的“反物质工厂”磁噪声太大,严重影响精度。一旦搬到安静的新实验室,测量精度有望提升10到1000倍。

英国利物浦大学的物理学家Tara Shears评论道:“反物质是最脆弱的物质类型,光是能把它存住就已经是技术奇迹了,更别说运输它。我很欣赏CERN变成反物质‘外卖’平台这个想法。”