欧洲核子研究中心证明质子与反质子为真正镜像

来源：科技日报

研究中使用的磁性潘宁阱的剖面示意图

　　最近，欧洲核子研究中心（CERN）一支由日本理化研究所（Institute of Physical and Chemical Research，RIKEN）领导的研究团队，在对粒子物理学中标准模型的一个基本特性——CPT不变性进行测试时，对质子及其反物质——反质子的荷质比做了迄今为止最精确的测量，证明质子和反质子表现出严格的镜像。

　　在现代物理学中，对称性规律具有核心地位。作为标准模型的一个基本对称特性，CPT不变性意味着当三种基本属性反转，即正反粒子反演（C）、空间反演（P）以及时间反演（T）时，系统保持不变。这是标准模型的一个核心原则，暗示着反物质粒子必须是物质的完美镜像，只是其电荷相反。

　　【据物理学家组织网报道】 CERN的这一研究团队负责人斯特凡·乌尔姆说：“这是一个重要的问题，帮助解释了为何宇宙大爆炸后尽管一定会产生物质和反物质，我们却感到生活在一个没有反物质的宇宙中。如果发现有违反了CPT的现象，则意味着物质和反物质可能具有不同的特性，例如，反质子也许比质子衰变的速度快。但是研究发现，在相当严格的限制中，它们的荷质比是相同的。”

　　该研究团队使用了CERN的反质子减速器，从中得到了反质子和负氢离子（作为质子的代替物），然后在磁性潘宁阱（Penning trap）中困住反质子—负氢离子对，将其能量降至超低。随后研究人员测量了这对物质的回旋频率，确定它们的荷质比，并比较了二者的相似性。在超过35天的时间里，研究人员共测量了约6500对反质子—负氢离子。

　　乌尔姆说：“我们发现它们的荷质比是相同的，误差不超过万亿分之69。”与之前对质子—反质子对的测量手段相比，这次测量的能量分辨率要高4倍，进一步制约了CPT不变性违规的可能性。

　　这一研究对已知的弱等效原理也有影响，该原理认为所有粒子，不论其质量和电荷怎样，都将会以相同方式受重力影响。该团队根据新发现计算，在百万分之一误差范围内，重力对物质与反物质的作用是一致的。

　　该项研究成员之一的克里斯汀·斯莫拉说：“我们有诸多理由相信，存在着一些超越标准模型的物理现象，包括神秘的暗物质和物质、反物质之间的不平衡。这些高精度的测量提出了新的重要约束条件，有助于我们决定未来研究的方向。”

　　该研究成果发表在最新一期的《自然》上。