兰姆在研究氢谱精细结构时发现了兰姆位移； 库什在电子矩阵的精确测量中发现了反常电子矩阵。 两者都对量子电动力学的发展做出了重大贡献。
兰姆位移通常是指氢原子的两个能级2S（1/2）和2P（1/2）之间的微小能量差。 这种差异最早是由兰姆在1947年通过实验发现的。它的发现在当时引起了轰动，因为它与著名物理学家保罗·狄拉克提出的狄拉克方程（综合了量子力学和狭义相对论）的预期不一致，这直接导致了量子电动力学的诞生。 。
在量子电动力学中，这种能级差异被解释为是电子不断吸收和发射光子造成的，该理论也准确地提出了光子吸收和发射对电子磁动量影响的计算方法。电子。 计算结果也与实验结果一致，量子电动力学因此被当今物理学家视为20世纪物理学的重大变革之一。
然而，尽管科学家早在1995年就成功观察到了反氢原子存在的迹象，但人们对反粒子的了解仍然“知之甚少”。 不过库什物理学家，近日在《自然》杂志上发表的一篇论文中，此前刷新了反氢谱观测准确性的欧洲核研究组织ALPHA项目团队认为，他们在近期的研究中在反氢原子方面取得了突破。 成功观察到羔羊移位。
根据标准模型，宇宙中存在与粒子相反的反粒子。 反粒子与正电子粒子具有相同的质量，但具有与正电子粒子相反的特定物理性质（例如，带有电子的反粒子带正电）。 当它们遇到正电子粒子时，它们就会被摧毁，只留下能量。 尽管大爆炸可能产生了等量的正粒子和负粒子，但“为什么我们通常所说的正粒子，也就是我们通常所说的物质，最终在大爆炸后大量保留下来？为什么反粒子没有留下来？” 这仍然是当代物理学需要回答的基本问题之一，反粒子相关的研究希望找到这个问题的答案。
在研究中，ALPHA项目团队通过使用反质子还原剂（ ）提取反质子，然后将其与钠22的正电子结合库什物理学家，从而制造了反氢原子。 该原子由一个反质子和一个正电子组成），然后将反氢原子“锁定”在位于长约28厘米、直径约4厘米的圆柱形空间内的磁井中（防止与正离子相遇而消失），然后用激光照射这些捕获的反氢原子，通过传感器收集它们被激光照射后的反应，最后将分析结果与氢数据进行比较，进而确定研究重点。 反氢原子的观测结果是否与理论预期一致。
图| ALPHA的实验设备示意图（来源：）
根据论文中描述的实验方法，本研究中，ALPHA项目团队通过观察特定能级下反氢原子的精细结构（Fine），测量了单位磁场强度下反氢原子的光致跃迁频率。 然后，在建立了“该效应的作用机制和超精细结果”的假设下，得出了“反氢原子中存在兰姆位移”的结论。
最终数据显示，计算出的能级差结果与量子电动力学理论期望值的吻合度高达98%左右。 结合团队之前测量的反氢原子的高精度1S到2S轨道能级，得到跃迁频率。 研究数据分析表明，观测结果与经典兰姆位移理论预期的该能级反氢原子跃迁频率值大致一致。 因此，ALPHA项目团队能够确定这里确实发生了兰姆位移。 这是在反氢原子观察实验中观察到的。
图片| ALPHA实验设备外观图（来源：阿尔法）
据悉，自2007年ALPHA项目完成反氢粒子建模并提出实验设备设计方案以来，已经过去十多年了。 在此期间，项目组从理论建模到设备构思，一点一滴从零开始。 如何捕获反氢粒子，一路尝试捕获又如何探测，终于在2018年实现了破纪录的反氢原子观测精度，2019年下半年又取得了论文中描述的新突破，证实了它的存在。可以说是“十年磨一剑”。
在应用方面，物理学家可以通过将反粒子的观测结果与相应正电子的数据进行比较，来测试一种称为 CPT 对称性（CPT 分别代表时间、电荷和空间）的宇宙对称模型。 对称）。
任何与标准模型和对称理论不一致的观测结果都可能动摇现代粒子物理的基础，而与标准模型和对称理论一致的观测结果将进一步巩固其在现代物理学中的基石地位。 更重要的是，通过分析结果并与理论预期进行比较，甚至在出现差异时及时对理论进行修正，有望回答“为什么我们目前能观测到的宇宙普遍由正粒子组成”的问题。 ？” （即物质的组成）”提供了线索。
尽管直到近几年物理学家才实现了反氢粒子的高精度观测，但现有的与本研究类似的高精度反粒子观测实验的结果无疑代表了当前“反氢原子严格光谱学的建立” ”。 ”已成为可能。
正如论文中所写，这一发现进一步证明了研究中使用的观察方法的有效性。 未来可能会用同样的方法对反氢粒子的其他性质进行高精度观测。 而这一发现本身无疑可以被视为现代反粒子研究领域的重大进展。
