質子和反質子遵守“映象對稱”

對粒子物理標準模型的基本特性—CPT對稱性進行了嚴格檢測，物理學家發現質子和反質子似乎存在真實的映象關係。《自然》雜誌發表了物理學家的檢測成果，他們使用了 CERN實驗室的反質子減速器，以實驗資料驗證了質子和反質子的對稱關係，從反質子減速器獲取了低能量的反質子，將它們應用於反物質實驗的研究。CPT中的C是指粒子的電荷，正負電荷將物質和反物質區別開來；P是指奇偶性，兩種特性可以表現為空間位置的180度反轉，T是指時間。“CPT不變形原理”表明了，即使粒子的三種基本特性發生了反轉，物理系統仍然保持不變。CPT三項指標不變形構成了粒子物理標準模型的“基本教義”，基本的物理規律需要得到反覆的檢驗，最新的實驗成果表明，反物質必然是物質的完美的映象形式，而物質和反物質的電荷卻發生了反轉。

斯蒂芬·厄爾默領導了一項國際合作的物理研究專案，被稱為 BASE的國際合作團隊的成員主要來自於RIKEN， CERN，馬克斯·普朗克研究所核物理研究部，位於德國美因茨的赫爾姆霍茲研究所等研究機構和大學。厄爾默對這項前沿物理學的研究專案作了解釋，宇宙學家時常繞不開對一個重要物理問題的思考：為什在人類生存的宇宙中實際上只有少量的反物質，科學家普遍相信，在宇宙誕生的暴漲之處，“造物主”的物質造化將會不偏不倚，同等數量的物質和反物質被同時製造出來，既然物質和反物質的數量保持了平衡，那麼兩者的數量不會出現極大失衡性的不同。如果能夠發現CPT不變性原理的違背現象，那麼這將表明物質和反物質的不同特性，比如：反質子也許比質子衰變得更快，但在相當嚴格的範圍內，實驗結果表明了電荷和物質比例的同等性。

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科學團隊在專案課題的研究中制定了一個方案，這一研究方案與過去的TRAP合作團隊在上個世紀90年代開發的研究模式十分相似。他們從反質子減速器獲取了反質子和負電荷的氫離子，它可以作為質子的替代物；從磁場的盤林陷阱獲取了單個的反質子——氫離子對，它們被減速到超低能量，然後，他們測量了反質子—氫離子對的迴旋頻率，測量這一頻率使得團隊成員確定了電荷與質量的比率，透過資料比較，他們能夠發現反質子和氫離子有怎樣的相似性，團隊成員在耗時35天的實驗中總共測量了大約6500對反質子——氫離子。

厄爾默解釋了他們的發現，電荷與質量比值相同性的誤差僅在萬億分之69的範圍，測量儀器的解析度比之前對質子—反質子對的測量精度提高了4倍，最新的檢測結果進一步約束了違反CPT不變形原理的可能，代表了勇敢者挑戰精神，的實驗沒有結束，他們制定了下一步的計劃，準備將測量精度在目前的基礎上提高至少10倍、甚至100倍。

科學團隊的課題研究對理解物理學中所謂的弱等效原理有積極意義，弱等效原理原理是指所有粒子將會以同樣方式受到引力的作用，或引力與粒子的質量和電荷無關。科學團隊的計算精度達到了大約百萬分之一，物質和反物質似乎表現了對引力響應行為的相同性。有許多物理現象和理論推測使得人們相信，似乎存在超越粒子物理標準模型的“新物理學”，比如：暗物質的神秘性、物質和反物質數量的極不平衡等，然而，高精度的測量技術對所有新物理學的探索給出了十分重要的約束條件，這將有助於科學家確定物理學未來的研究目標和方向。

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（編譯：2015-8-18）