大多数原子由带正电的质子、中性中子和带负电的电子组成。正电子素是一种奇异原子，由一个负电子和一个带正电的反物质正电子组成。它的寿命自然很短，但包括东京大学在内的研究人员成功地利用精心调节的激光冷却并减慢了正电子素样本的速度。

研究结果发表在《自然》杂志上。他们希望这项研究能帮助其他人探索奇异的物质形式，并希望这样的研究能揭开反物质的秘密。

我们的宇宙中有些部分是缺失的。如果你在过去几十年里读过很多关于宇宙学的书，你可能听过这样一种奇怪的说法。科学家之所以这么说，是因为我们在宇宙中看到的几乎所有东西都是由物质构成的，包括你和你所在的星球。

然而，我们很早就知道反物质，顾名思义，反物质与普通物质正好相反，反物质粒子与物质粒子具有相同的质量和其他特性，但电荷相反。当物质和反物质粒子碰撞时，它们会湮灭，人们普遍认为它们在时间之初就以相等的数量产生。但我们现在看到的情况并非如此。

光子科学中心副教授吉冈康介表示：“现代物理学只能解释宇宙总能量的一部分。反物质的研究可能有助于我们解释这种差异，我们的最新研究刚刚朝着这个方向迈出了一大步。”

“我们成功地减慢并冷却了奇异的正电子原子，其中50%是反物质。这意味着，我们首次能够以以前不可能的方式对其进行探索，而这必然包括对反物质的更深入研究。”

正电子素听起来就像是科幻小说里的东西，尽管寿命很短，但它确实存在。我们可以把它想象成我们熟悉的氢原子，它有中心带正电且相对较大的质子和轨道上微小带负电的电子，只不过质子被电子的反物质版本——正电子——取代了。

这产生了一种奇异原子，它电中性，但没有大原子核;相反，电子和正电子在相互轨道中存在，使其成为一个二体系统。

即使是氢也是一个多体系统，因为质子实际上是三个较小的粒子(称为夸克)粘在一起。由于正电子是一个二体系统，它可以完全用传统的数学和物理理论来描述，使其成为以极高的精度测试预测的理想选择。

吉冈说：“对于我们这种从事精密光谱学研究的研究人员来说，能够精确地检查冷却正电子素的性质意味着我们可以将它们与其性质的精确理论计算进行比较。”

“正电子素是少数仅由两个基本粒子组成的原子之一，因此可以进行如此精确的计算。冷却正电子素的想法已经存在了大约30年，但本科生KenjiShu(现在是我们小组的助理教授)的一句不经意的评论促使我接受了实现这一目标的挑战，我们终于做到了。”

吉冈和他的团队在尝试冷却正电子素时遇到了几个困难。首先，正电子素的寿命很短：只有千万分之一秒。其次，正电子素的质量极轻。由于正电子素的重量极轻，因此无法使用冷的物理表面或其他物质来冷却正电子素，因此该团队使用了激光。

你可能认为激光非常热，但实际上，它们只是光束，光的使用方式决定了它对物体的物理影响。在这种情况下，一束微弱且经过精细调节的激光会沿着与正电子原子运动方向相反的方向轻轻地推动正电子原子，从而减慢其速度并在此过程中冷却它​​。

重复进行这一过程，在短短千万分之一秒内，正电子气体部分的温度就冷却到绝对零度以上约1度(-273摄氏度)，这是任何物质能达到的最冷温度。考虑到正电子气体在冷却前的温度为600开尔文，即327摄氏度，在如此短的时间内，这一变化相当惊人。

“我们基于理论模型的计算机模拟表明，正电子气体的温度可能比我们目前在实验中测量到的还要低。这意味着我们独特的冷却激光在降低正电子温度方面非常有效，这一概念有望帮助研究人员研究其他奇异原子，”吉冈说。

“然而，这项实验只使用了一维激光，如果我们同时使用这三个维度，我们就能更精确地测量正电子的性质。这些实验意义重大，因为我们可能能够研究引力对反物质的影响。如果反物质在引力的作用下表现得与普通物质不同，那么这将有助于解释为什么我们的宇宙中有些部分缺失了。”

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