--- id: "mb-20261028-6bb912" kind: "deep" title: "70纳秒驯服反物质：CERN如何用宽带激光锁死即将湮灭的原子" description: "正电子素在诞生 142 纳秒后就会因湮灭而消失，极高的热运动速度一直阻碍着反氢原子的精密合成。欧洲核子研究中心 AEgIS 团队研制出特殊的 243 纳米宽带脉冲激光，在仅 70 纳秒内将原子云温度从 380 K 骤降至 170 K，为验证反物质是否遵循自由落体引力定律铺平了道路。" domain: "science" domain_label: "物理与能源" canonical_url: "https://mubeitech.com/deep/mb-20261028-6bb912" markdown_url: "https://mubeitech.com/deep/mb-20261028-6bb912/markdown" json_url: "https://mubeitech.com/api/interpretations/mb-20261028-6bb912" topic: "70纳秒驯服反物质：CERN如何用宽带激光锁死即将湮灭的原子" source_type: "generated" status: "published" generated_at: "2026-10-28 21:29:12" frame_type: ["机制"] legal_anchor_count: 0 transcript_citation_count: 0 --- # 70纳秒驯服反物质：CERN如何用宽带激光锁死即将湮灭的原子 怎么给反物质降温？ 这东西一碰到周围的任何普通物质，当场就会湮灭成一团纯能量。 更麻烦的是，这次物理学家要对付的目标，寿命只有 142 纳秒。 142 纳秒有多短？ 0.000000142 秒。 人眨一下眼睛，大概要花三分之一秒。 这团原子在宇宙里存在的时间，连人眨眼一下的二百万分之一都不到。 时间一到，它就会自己把自己炸成高能伽马射线，消失得无影无踪。 欧洲核子研究中心（CERN）的一群科学家，要想办法抓住它，还得赶在它炸掉之前，给它狠狠冲个凉。 这个东西叫正电子素。 它是一个电子和一个正电子绑在一起构成的奇特原子。 它连原子核都没有，质量只有普通氢原子的两千分之一。 因为太轻了，当正电子从纳米多孔二氧化硅靶材里撞出来的时候，跑得飞快。 刚出炉的正电子素云，温度有 380 开尔文，也就是差不多 107 摄氏度。 107 度听起来像开水，好像不算太热？ 但放到这个羽量级选手身上，它的横向热运动速度直接飙到了每秒 54 公里。 每秒 54 公里，换算过来时速将近 20 万公里。 如果任由它这么飞，不出几微秒，整团原子就会四散冲出实验区域，撞到真空腔内壁灰飞烟灭。 那为什么要费尽心思把它冻住？ 为了造反氢原子。 CERN 的 AEgIS 团队有一个大目标：测一测反物质掉在地上，加速度到底是不是 9.8。 他们要用正电子素去撞冷冻起来的反质子，把正电子交接过去，拼装出电中性的反氢原子。 如果正电子素跑得像脱缰野马，造出来的反氢原子也会滚烫乱窜，根本没法放进干涉仪里精确测量。 必须让它慢下来，降温就是给它踩刹车。 常规的激光冷却，物理学界玩了快四十年。 逻辑看起来很简单：对着迎面飞过来的原子打一束激光。 原子迎头吃下一颗光子，动量被顶一下，速度就慢一点。 吃完光子，原子再往随机方向把光子吐出来。 来回反复几万次，原子就被硬生生按住了。 朱棣文当年就是靠这套多普勒冷却拿了诺贝尔奖。 但这套祖传手艺，碰上正电子素，直接就瘫痪了。 为什么？ 时间根本不够。 平时冷却常规原子，科学家有大把时间，几毫秒甚至几秒钟，用极窄波长的激光慢慢磨。 可正电子素只有 142 纳秒寿命。 普通激光每秒只能让原子吸收释放几千万次光子，在 142 纳秒里，原子连几次光子都来不及吃，自己就湮灭了。 还有一个更要命的死结：多普勒频移。 正电子素以每秒 54 公里的速度狂奔，原子的吸收频率被拉扯得面目全非。 常规激光是一根极细的频率绣花针。 原子只要稍微慢下来一点点，频率立刻脱节，激光就彻底打空了。 这就像你想用一支单点焦距的高倍狙击枪，去打一群疯狂变向的隐形蜂群。 过去三十年，物理学家都知道这个理论，但谁也没能在十几纳秒内把冷气吹上去。 AEgIS 团队怎么破的局？ 他们干脆换了一把重机枪。 团队专门定制了一台亚历山大石激光器，调出 243 纳米的深紫外激光。 这束激光不再是细细的单频线，它是一个带宽足足有几十吉赫兹的宽带脉冲。 激光一开，就像铺开了一张巨大的频网。 不管原子怎么狂奔，也不管它减速时多普勒频率怎么漂移，始终逃不出这个宽广的频率覆盖带。 整个脉冲的持续时间，只有短短的 70 纳秒。 70 纳秒打下去，结果怎么样？ 这团狂躁的正电子素云，横向温度直接从 380 开尔文砸到了 170 开尔文。 从滚烫的 107 度，一口气干到了零下 103 度。 原子的横向速度从每秒 54 公里，骤降到了 37 公里。 低速区间的原子密度，一下子提升了 58%。 整个降温过程，在短短半截原子寿命的时间里全部搞定。 狂暴的反物质粒子，第一次被人类的光子硬生生拽住了缰绳。 接下来，就是把这些被驯服的正电子素送进反质子陷阱，去生产更多、更冷的反氢原子。 爱因斯坦当年说，引力对所有物质都是平等的。 但反物质到底会不会像苹果一样向下掉？ 现在，物理学家手里终于有了一把温度刚刚好的尺子。 _Canonical: · Source: 墓碑科技 MUBEITECH (mubeitech.com)_ _Rendered by mubei-terminal._