欧洲核子研究中心（CERN）和东京大学的物理学家团队在理解一种飘忽不定、寿命短暂的粒子方面都迈出了重要的一步。

通过使用符合实验要求的激光器，AEgIS合作项目成功地将正电子云团的温度降低了一半以上。这组奇异的粒子只由一个电子和它的反粒子 —— 正电子组成。

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与此同时，日本高能加速器研究组织的一个由东京大学物理学家Shu Kenji领导的团队已经将正电子云的温度降低到大约开尔文（-272°C）左右，有效地降低了电子和正电子速度的总体速度和分布。

正电子是已知最轻的粒子系统，而且极不稳定。物质和反物质相互湮灭，也很容易地释放出辐射。正电子会在142亿分之一秒内湮灭，在伽马射线爆发中消失。

此外，当正电子在实验研究所需的云中产生时，它会以很大的速度移动，这使得它很难被确定。

解决这个问题的一种方法是冷却正电子。这将减缓其粒子的速度，从而可以对其性质进行更精确的测量。

但是，说起来容易做起来难。有很多方法可以使气体减速，但很多方法都需要时间，比如移除能量更高的粒子，这样速度的分布就会倾向于慢速粒子。

激光冷却是一种利用粒子吸收和发射光子来降低温度的方法。当粒子吸收光子时，它获得能量；当它发射光子时，它会损失能量。

如果激光沿着入射粒子的路径引导，这些粒子将吸收光子，并以随机方向重新发射光子，从而改变其动量并使其减速。但是，激光的波长必须调整到粒子的能量水平。

几十年前，也就是1988年，科学家们首次提出了用激光冷却正电子的方法。直到现在才真正实现这一目标。

使用不同的激光冷却技术，两个独立的团队成功地降低了样品的速度分布并冷却了它们。使用宽带激光冷却，目标是宽速度分布，AEgIS成功地将样品的温度从380开尔文降至170开尔文（106°C至-103°C），降低了一半以上。

与此同时，Shu Kenji的团队使用啁啾冷却 —— 这依赖于调整激光以匹配粒子的减速 —— 来缩小粒子在他们自己的样本中的运动分布。

想要研究反物质有很多原因。其中一个重要的任务是找出一切的去向。

当宇宙形成时，物质和反物质的数量应该是相等的，而现在的物质和反物质的分布是不相等的（这对我们来说是个好消息，因为否则宇宙可能已经被扼杀了）。了解反物质是否总是以与物质相同的方式行为，将在很大程度上为解开这个谜团提供一些线索。

物理学家还想创造出正电子的玻色-爱因斯坦凝聚体。当一团粒子云被冷却到略高于绝对零度时，就会形成高密度的粒子云，就像一个超级粒子。物理学家认为，由于正电子的自我湮灭，正电子的玻色-爱因斯坦凝聚体可以用来产生相干伽马射线光。

这是一个强大的工具，可以用来揭示构成宇宙的原子的最精细的结构。

“反物质的玻色-爱因斯坦凝聚体将是基础研究和应用研究的一个不可思议的工具，”欧洲核子研究中心的AEgIS合作项目发言人鲁杰罗·卡拉维塔（Ruggero Caravita）解释说，“特别是如果它允许产生相干伽马射线光，研究人员可以用它来观察原子核。”

AEgIS合作的工作已发表在《物理评论快报》上。

Shu Kenji等人的工作可以在arXiv上获得预印本。

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