物理学家成功将单个正电子在无墙容器中囚禁了1个月。该突破有助于精准测量其磁矩，探寻宇宙为何由物质而非反物质构成的奥秘。
在日常生活中，你不可能用双手甚至普通的实验室仪器去抓住反物质。一旦反物质与普通物质相遇，两者就会发生湮灭，化为乌有。这使得研究反物质变得极其困难。然而，现在物理学家成功将单个反物质亚原子粒子捕获在特殊装置中，时间长达数月之久，从而能够深入研究它的量子状态。
借助这种捕获装置开展的进一步研究，可能会揭开一个困扰人类已久的奥秘：在原本可能向任何方向发展的宇宙演化中，为什么我们周围的世界全部由物质构成，而不是反物质。
普通物质的每一个粒子都有一个对应的反物质粒子，两者质量相同但电荷相反。为了构建这个陷阱装置，物理学家首先使用了钠22原子。这是一种半衰期约为2.5年的放射性同位素。当其中一个原子发生衰变时，它就会释放出一个正电子，即电子的反物质镜像。
负责该项目的西北大学物理学家 Gerald Gabrielse 表示，巨大的挑战在于如何劝说这些正电子慢下来，随后将其捕获。研究团队将这一突破性成果发表在《物理评论快报》上。
捕获的第1步是将正电子穿过一小片冰冷钨晶体的晶格。当粒子像弹珠一样在材料内部碰撞穿梭时，它们的速度会降低，能量也会逐渐丧失。Gerald Gabrielse 解释说，每次粒子撞击某种东西时都有发生湮灭的可能，但并非每次都会发生，只要它们能顺利穿透到末端，就会被弹出。
接下来，物理学家利用电磁场引导正电子沿着特定通道运动。最终，粒子进入一个仅比绝对零度高0.3摄氏度的真空环境中，上下由电场约束，四周由磁场包围。Gerald Gabrielse 表示，如果你想留住反物质，就必须把它放置在没有实体墙壁的容器中。
这种方法让研究人员成功将单个孤立的正电子隔离并研究了1个月，而且理论上他们可以无限期地研究下去。
研究人员计划利用这个陷阱装置精准测量正电子的磁矩，也就是其磁场的强度与方向。为此，他们必须确定2件事：翻转正电子自旋方向所需的能量，以及让它从基态跃迁到第1激发态所需的能量。
在此之前，Gerald Gabrielse 及其团队利用类似的陷阱装置，已经将普通电子的磁矩测量精度提升到了10万亿分之一。对正电子进行同等精度的测量，将使他们能够做出关键对比。Gerald Gabrielse 表示，他们正在观察两者是否拥有完全相反的磁矩。这是粒子物理学标准模型的预测。然而，如果两者的测量数值存在微小差异，就可能解释为什么我们的宇宙最终由物质掌控，而不是反物质。
科学家认为在大爆炸刚刚发生之后，宇宙中的物质与反物质数量大致相当。绝大部分物质和反物质都在随后的互相接触中发生湮灭，但不知为何残留了极小一部分多余的物质，最终孕育出了我们今天看到的恒星与行星。磁矩测量只是物理学家寻找物质与反物质差异的众多领域之一，目的就是为了解释这种深刻的不对称现象。
未参与该项目的伊利诺伊州巴塔维亚费米国家加速器实验室理论物理学家 Roni Harnik 表示，如果将每个粒子都替换为其反粒子，像通过镜子观察物理现象那样颠倒左右，然后按下倒放键反转时间流逝，我们最基础的理论认为物理定律应当保持不变。如果事实证明存在差异，比如正电子与电子拥有不同的磁矩，那么我们就能获得关于物质如何胜出的关键线索。Roni Harnik 强调，这是一个令人兴奋的进展，能够让我们对这项基本对称性发起检验。
原文：https://www.yahoo.com/news/science/articles/physicists-trap-single-antimatter-particle-150000058.html