欧核中心首次直接观测反氢原子自由下落

磁阱底部掉落反氢原子示意图。图片来源：美国国家科学基金会

科技日报记者 张梦然

当你扔下反物质时，它会飘浮还是下落？甚至有没有可能逆向上升？《自然》杂志27日发表一项粒子物理学研究称，欧洲核子研究中心报告了对反氢原子自由下落的首个直接观测，结论提示：反物质和普通物质受到的引力相同。

爱因斯坦在1915年提出的广义相对论描述了引力的效应，提出至今已得到大量实验验证。广义相对论中的弱等效原理指出，所有物体不论质量和组成，在引力作用下都会以相同的方式自由下落。虽然主流观点认为反物质在地球引力下也会出现物质的行为，但由于难以创造严格对照的实验条件，这方面一直缺乏直接观测。

欧洲核子研究中心的阿尔法合作组于2018年建造了ALPHA-g探测器，这是一个反氢原子的磁阱，专门用于研究引力效应。2010年，阿尔法合作组捕获大量反氢原子，而该探测器内悬浮的反氢原子一旦被释放，它们的后续运动就可用来推断引力的影响——如果底部掉落的比顶部更多，那么反物质原子可能和普通物质具有相同的行为。此次，研究团队通过该实验观察到，释放到ALPHA-g的被磁阱捕获的反氢原子，更倾向于从装置的底部下落。

该研究结果验证了反物质和普通物质受到相同引力效应的主流观点，这与广义相对论的预测相符。研究人员认为，该研究为进一步检验弱等效原理铺平了道路，有望增进人们对反物质的引力性质的理解。

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反物质1932年才被发现，但广义相对论1915年就被提出了。对所有物质“一视同仁”的广义相对论，能涵盖反物质吗？实际上，没有任何理论预测引力场会排斥反物质，换句话说，反物质不代表反重力。如今的实验在证明这一点的同时，也让物理学家进一步了解反物质的本质，从宏观方面讲，这一结果可帮助人们探求宇宙形成初期反物质比重之谜；从实用角度看，其还可推动正电子发射断层扫描技术的进步，它正是通过对反物质的应用来检测癌症，真正挽救了许多生命。