欧洲核子研究中心（CERN）及东京大学物理学家组成的科研团队，在探索和控制正电子这一瞬息万变且寿命极短的粒子领域内取得了关键性进展。近日，两个独立团队运用创新激光冷却技术，成功地将正电子云团的温度大幅降低，从而为深入研究反物质打开了新的篇章。在AEgIS合作项目中，科研人员利用先进的激光器系统，实现了对正电子云团前所未有的降温效果，成功将初始380开尔文的温度骤降至170开尔文以下，降幅超过一半。这种由电子与其反粒子正电子紧密结合形成的奇异粒子群，在更低的温度下展现出更为稳定的行为特性。
与此同时，在日本高能加速器研究组织的支持下，由东京大学物理学教授Shu Kenji领军的研究团队也成功将正电子云的温度降低至接近绝对零度(-272°C)，有效减缓了电子与正电子的整体运动速度和分布范围。正电子作为已知最轻、最不稳定的粒子系统，其与物质相遇即会相互湮灭并释放强烈辐射，生命周期仅为142亿分之一秒，这给科学家们对其性质进行精确测量带来了巨大挑战。
解决这一难题的关键在于冷却正电子以降低其运动速度，从而实现更精准的观测和分析。然而，传统减速方法耗时且效率低下，而激光冷却技术则为此提供了新的可能。通过巧妙地调整激光波长至与正电子能量水平相匹配，当正电子吸收并重新发射光子时，其动量发生变化，进而实现减速。尽管早在1988年科学家就提出了激光冷却正电子的理论设想，但直到现在才得以在实验中真正实现。
两支研究团队分别采用了宽带激光冷却技术和啁啾冷却技术，均实现了对样本速度分布的有效降低和冷却。其中，AEgIS合作项目采用宽带激光冷却技术，成功将样品温度从380开尔文削减至170开尔文；而Shu Kenji团队通过啁啾冷却技术，精确调控激光以适应粒子减速需求，从而显著缩小了样本内正电子的运动分布。
科学家对反物质研究的热情源于诸多深层次的科学问题，其中之一便是探寻宇宙早期物质与反物质失衡之谜。理论上，宇宙诞生之初，物质与反物质应是等量存在，然而现今宇宙中的物质占据主导地位，反物质却极为稀少。通过深入了解反物质是否遵循与物质相同的行为规律，有望为我们揭开这个宇宙起源的重大谜团提供重要线索。
此外，物理学家还致力于制造正电子的玻色-爱因斯坦凝聚体——这是一种在略高于绝对零度条件下形成的高度密集的“超级粒子”云。一旦实现，正电子的玻色-爱因斯坦凝聚体将有可能产生相干伽马射线光，而这将成为一把揭示宇宙中原子核精细结构的强大工具。
正如欧洲核子研究中心AEgIS合作项目的发言人鲁杰罗·卡拉维塔所言：“反物质的玻色-爱因斯坦凝聚体将会成为基础研究和应用研究领域的一个非凡工具，特别是在能够生成相干伽马射线光的情况下，研究人员可以借此窥探原子核内部的世界。”
目前，AEgIS合作团队的相关研究成果已在《物理评论快报》上发表，而Shu Kenji团队的工作亦可在预印本网站arXiv上查阅。关注“知新了了”，一起洞悉更多前沿科技动态！
