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这个巨大的“热水瓶”能否揭开反物质之谜?

物理学家试图回答的一个大问题是,宇宙中所有的反物质都发生了什么?宇宙诞生于物质和反物质粒子的热汤中(例如,电子的反粒子是正电子)。但百亿年前发生了一件事,打破了物质的平衡,反物质消失了。事实上,如果这没有发生,我们人类就不会在这里:当反物质和物质粒子碰撞时就会湮灭,转化为纯能量。

为了解开这个谜团,加州理工学院的研究人员正在参与一个雄心勃勃的多机构项目。名为中子电偶极矩实验(nEDM),由美国能源部和国家科学基金会资助,该项目将在大约三年后在田纳西州橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的一项实验中达到高潮。这个想法是为了寻找中微子中所谓的电偶极矩:一种现象,在这种现象中,中子内部的电荷如此之多,以至于中子的一边比另一边略负一些。

(图示)在加州理工学院同步加速器大楼里,nEDM团队的成员站在磁性低温容器实验装置前。从左至右:研究工程师魏万春;玛丽・布拉尼克,研究生,和布拉德・菲利蓬,弗朗西斯・莫斯利的物理教授和nEDM实验的发言人

这种扭曲,如果足够大,可能意味着一种被称为电荷宇称(CP)的物理对称性的破坏。而电荷宇称是解释宇宙中没有反物质所必需的。加州理工学院正在建造这个实验的一个关键部分:是一个巨大的低温容器,以及用来产生磁场的磁屏蔽和线圈。低温容器内的实验,可以被认为是一个巨大的热水瓶,将被冷却到绝对零度以上0.5度,或0.5开尔文(-459华氏度)。

这个想法是在腔内的磁场中自旋超冷中子,就像核磁共振成像机器在我们体内自旋质子一样。然后施加电场,研究人员将观察中子旋转方式的微小变化――这是电偶极矩的一个迹象。nEDM实验的灵敏度相当于测量地球直径小于人类头发厚度百分之一的失真。加州理工学院的研究小组希望在大约一年半时间内将这艘带有磁屏蔽和磁场线圈的制冷机送到橡树岭。