实验为激光冷却正电子研究新的反物质铺平了道路

AEgIS是欧洲核子研究中心反物质工厂生产和研究反氢原子的几个实验之一，目的是高精度测试反物质和物质是否以同样的方式落入地球

在今天发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，AEgIS合作报告了一项实验壮举，这不仅有助于它实现这一目标，还为一系列全新的反物质研究铺平了道路，包括产生伽马射线激光器的前景，该激光器将使研究人员能够观察原子核内部，并在物理学之外有应用

为了制造反氢（围绕反质子运行的正电子），AEgIS将正电子束（围绕正电子运行的电子）引导到反物质工厂生产并减速的反质子云中。当反质子和正电子在反质子云中相遇时，正电子将其位置让给反质子，形成反氢

以这种方式产生反氢意味着AEgIS也可以研究正电子，这是一种反物质系统，正在世界范围内进行实验研究

正电子的寿命很短，在1420亿分之一秒内就会湮灭成伽马射线。然而，由于它只包括两个点状粒子，即电子和反物质，“这是一个完美的实验系统，”AEgIS发言人Ruggero Caravita说，“前提是，在其他实验挑战中，正电子样品可以冷却到足够高的温度，以高精度测量它。”

这是AEgIS团队完成的壮举。通过将激光冷却技术应用于正电子样品，该合作已经将样品的温度从380开尔文降低到170开尔文，降低了一半以上。在接下来的实验中，该团队的目标是打破10开尔文的屏障

AEgIS对正电子的激光冷却为反物质研究开辟了新的可能性。其中包括对这种奇异但简单的物质-反物质系统的性质和引力行为的高精度测量，这可能揭示新的物理学。它还允许产生正电子玻色-爱因斯坦凝聚态，其中所有成分都占据相同的量子态

这种冷凝物被认为是通过物质-反物质湮灭其成分来产生相干伽马射线的候选者，这种成分是由单色波组成的类激光，它们之间有恒定的相位差

卡拉维塔说：“反物质的玻色-爱因斯坦凝聚体将是基础研究和应用研究的一个令人难以置信的工具，特别是如果它能够产生相干伽马射线，研究人员可以用它窥视原子核。”

大约三年前，激光冷却首次应用于反物质原子，其工作原理是在光子吸收和发射的许多周期中，用激光光子一点一点地减慢原子的速度。这通常使用窄带激光器来完成，该激光器发射具有小频率范围的光。相比之下，AEgIS团队在他们的研究中使用了宽带激光器

Caravita解释道：“宽带激光不仅冷却了正电子样品的一小部分，而且冷却了很大一部分。”。“此外，我们在不施加任何外部电场或磁场的情况下进行了实验，简化了实验设置，延长了正电子寿命。”