近日，歐洲核子研究組織（CERN）旗下的反氫激光物理機(jī)構(gòu)（ALPHA），實(shí)現(xiàn)了基于激光的反氫原子操縱，這也是人類首次實(shí)現(xiàn)對(duì)反物質(zhì)的操作。

該成果發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上，并登上了雜志封面。

與物質(zhì)相比，反物質(zhì)最大的區(qū)別是帶不同的電荷。質(zhì)子帶正電荷，電子帶負(fù)電荷。而反質(zhì)子帶負(fù)電荷，反電子帶正電荷。反質(zhì)子和反電子組成的原子則是反原子。

本次實(shí)驗(yàn)中用的是僅由反質(zhì)子和反電子構(gòu)成的反氫原子，是最簡(jiǎn)單的反物質(zhì)原子。

其基本原理是，通過特制的激光器，發(fā)射特定頻率的激光。用光子來“撞擊”反氫原子，反氫原子吸收了幾十個(gè)光子之后，速度從每小時(shí)超過200英里，降低到每小時(shí)50公里以下。

多普勒效應(yīng)冷卻反氫原子

我們知道，溫度與粒子的運(yùn)動(dòng)高度相關(guān)，粒子運(yùn)動(dòng)速度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈，其溫度越高。所以，降低粒子的運(yùn)動(dòng)速度，等效于給粒子“降溫”。當(dāng)把粒子的“溫度”降低到絕對(duì)零度時(shí)，他就完全靜止了。當(dāng)然，這是理想情況，實(shí)際只能無限接近絕對(duì)零度。

通過激光冷卻原子，是物理研究的一個(gè)重要手段?？梢哉f，現(xiàn)代物理就是建立在對(duì)普通原子的冷卻和操作基礎(chǔ)上的。

通過冷卻反物質(zhì)，降低反物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)速度，可以幫助人們對(duì)反物質(zhì)進(jìn)行更精確的測(cè)量，了解其物理特性，比如精細(xì)結(jié)構(gòu)、重力屬性等。

冷卻下來的反物質(zhì)粒子，也更加好操作。在2020年2月，歐洲核子研究中心，通過將反質(zhì)子減速器中釋放的反質(zhì)子與反電子結(jié)合，才創(chuàng)造出反氫原子。

僅僅時(shí)隔一年，歐洲的研究機(jī)構(gòu)，已經(jīng)可以在去年的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步操縱反氫原子了，這個(gè)進(jìn)步不可謂不快。

可以預(yù)見，歐洲核子研究機(jī)構(gòu)目前取得的成就馬上就會(huì)被打破，接下來可能會(huì)有一系列重要成果。

通過調(diào)整激光的功率和照射時(shí)間，可以將反氫原子的速度降得更低。目前將其速度降到每小時(shí)50公里，下次可能就是10公里、5公里、1公里。

速度越低，可操作性就越強(qiáng)。目前已經(jīng)可以將反質(zhì)子與反電子結(jié)合制造出反氫原子，下次就可以創(chuàng)造出更復(fù)雜的原子，甚至分子，然后一步步地創(chuàng)造出更多的反物質(zhì)。

能夠創(chuàng)造并操作反物質(zhì)，對(duì)于人類來說意義重大，甚至可以說是提升人類文明等級(jí)的關(guān)鍵。

依據(jù)宇宙大爆炸理論，宇宙大爆炸初期，產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì)。但是，現(xiàn)在我們接觸到的反物質(zhì)卻非常少。

可以說，人類對(duì)于反物質(zhì)的了解還非常初級(jí)，甚至都沒算開始。

物理學(xué)要往前發(fā)展，反物質(zhì)是繞不開的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。搞清楚了反物質(zhì)，才有可能搞清楚我們這個(gè)宇宙。

而且，就能量利用來說，反物質(zhì)是能量的終極寶庫。

大體來看，人類的的能量利用可以分為三個(gè)階段：化學(xué)能、核能、湮滅能。

化學(xué)能是在分子層級(jí)的能量利用，最典型的就是火。應(yīng)該說，目前人類絕大部分時(shí)候都是在利用化學(xué)能。煤炭、石油、天然氣這些化石燃料的利用，就是化學(xué)能。

核能是在原子級(jí)別的能量利用，是目前人類能夠?qū)崿F(xiàn)的最高水平能量利用。核能分為核裂變、核聚變兩類，裂變已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可控，大量的核電站就是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上。核聚變還沒能實(shí)現(xiàn)可控，氫彈只是聚變能的一次性釋放。太陽內(nèi)部的能量來源就是核聚變，一旦實(shí)現(xiàn)了可控核聚變，人類文明必將往前更進(jìn)一步?？煽睾司圩兘o人類社會(huì)帶來的改變，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工業(yè)革命。

可控核聚變是人類遙遠(yuǎn)的夢(mèng)，但并不是能量利用的最終形態(tài)，最終形態(tài)是正反物質(zhì)的湮滅。只有正反物質(zhì)的湮滅，才可以把全部的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量。

掌握了湮滅能，人類才算進(jìn)入了新紀(jì)元。

值得提出的是，歐洲在前沿物理方面已經(jīng)走在國(guó)際前列，其中最知名的就是發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”的LHC。

現(xiàn)代物理的發(fā)展，與伽利略、牛頓時(shí)代完全不同，除了各種理論模型，還需要大量的實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行驗(yàn)證。而這些實(shí)驗(yàn)裝置，動(dòng)輒投入幾十億。以LHC為例，該裝置耗資超過100億美元，40個(gè)國(guó)家的上萬名科學(xué)家參與。

下一個(gè)探索前沿物理的裝置，價(jià)格肯定也不便宜。

中國(guó)目前面臨一個(gè)非常重要的抉擇——要不要斥巨資投入基礎(chǔ)物理研究。

我覺得中國(guó)還是要在基礎(chǔ)物理上舍得花錢的。要成為地球扛把子，除了在硬實(shí)力上取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，還需要在軟實(shí)力上讓別人心悅誠(chéng)服?！巴醯馈辈拍荛L(zhǎng)久，“霸道”是不長(zhǎng)久的。

中國(guó)在基礎(chǔ)物理上取得突破，比如首先實(shí)現(xiàn)可控核聚變，制造出反物質(zhì)分子，攻克癌癥，登陸火星等等。在這些領(lǐng)域引領(lǐng)人類前進(jìn)，拓展人類的發(fā)展邊界，才能成為真正的帶頭大哥。