你把它放在鋸末里煮，
你在膠里給它加鹽，
你把它和蝗蟲放在袋子里濃縮：
始終要注意主要目標——
保持它的對稱形狀。
——劉易斯·卡洛爾
歐洲核子研究中心（CERN）的科學家于12月19日在《自然》在線發表了一篇關于反氫原子的光譜測量的論文，這是研究人員花費了20多年時間所追尋的成果。
ALPHA-2實驗（? CERN）
為了理解這項研究的重要性，我們得從反物質開始說起。
反物質一直是科幻小說里的常客。在《天使與魔鬼》中，壞人們就試圖用反物質炸彈摧毀梵蒂岡，湯姆·漢克斯扮演的蘭登教授帥氣的阻止了這個陰謀。在《星際迷航》里，企業號宇宙飛船的燃料正是反物質，利用正反物質的湮滅作為動力實現光速飛行。
但反物質并不僅存在于科幻中。例如，在生活中，有一種水果就會產生反物質。
那就是香蕉！
香蕉含有少量的鉀-40，它在衰變的過程中偶爾釋放出一個正電子（也就是電子的反物質）。其實，我們的身體也包含了鉀-40，也就是說你自己也會釋放正電子。除此之外，反物質也被運用在醫學中，科學家也在研究反物質推進器等等。
反物質燃料。（? Sandbox Studio）
當然，研究反物質還有一個更重要的原因。在138億年前，宇宙剛剛誕生，物理學家相信應該有等量的物質和反物質被創造出來。如果是那樣，物質和反物質應該全都湮滅，只留下純粹的能量。但是我們今天所觀測到的宇宙到處都是由物質構成的，反物質去哪里了？（查看《為什么我們是由物質組成的？而不是反物質？》的詳細討論。）這是物理學最大的基本問題之一。因此物理學家想要通過研究反物質找出它們的一些意想不到的行為。
而我們已經邁出重要的一步。
在CERN的ALPHA實驗中，科學家對準的目標是反氫原子。
左邊為氫原子，右邊為反氫原子。（? Antonine）
原子是由圍繞原子核的電子構成。當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，它們會吸收或發生特定波長的光，形成原子的光譜。每個元素都有自己獨特的光譜，因此被廣泛應用在物理學、天文學和化學等領域。例如，通過分析遙遠恒星的光譜我們就可以知道它們的組成成分。
氫原子的能譜。電子在不同軌道之間的躍遷會吸收或釋放出特定波長的光子。（? Hyperphysics）
氫原子是由一個電子和質子組成的，它是宇宙間含量最豐富的粒子，它的光譜也已非常高的精度被測量。而反氫原子則是由一個正電子和反質子構成的，我們對它的了解并不多。
而且，反氫原子并不存在于自然界之中。因為物質和反物質粒子會相互湮滅，反氫原子一旦接觸到物質就會迅速的消失。因此物理學家需要在實驗中創造反氫原子。
為了困住反氫原子，物理學家利用電場在圓柱形的真空腔內的一端困住了160萬個正電子和另一端困住9萬個反質子。他們將正電子和反質子結合在一起形成25000個中性（不帶電）的反氫原子，接著立即用磁場捕獲。而這一點也不容易。
將正電子和反質子困在圓柱形真空腔的兩端，當它們結合時會產生中性的反氫原子。
想要移動和捕獲正電子或反質子很容易，因為它們都是帶電粒子。但是反氫原子是不帶電的，設計這種捕獲陷阱要困難的多。靠著反氫原子帶有一點點的磁性，研究人員設計了一個非常特殊的磁阱能夠將反氫原子困住，才使進一步研究如何用光確定反物質的各種性質成為可能。
通過這個新的方法，科學家可以之前的設計捕獲更多反氫原子。接著他們通過真空腔上的窗口向里面照射波長243納米的激光，測量反氫原子1S - 2S的躍遷（從基態向更高能量的激發態躍遷）。測量結果表明反氫原子的躍遷頻率與普通氫原子的躍遷頻率一致。
CPT對稱。（? Chad Ozel）
反氫原子和氫原子之間的相似性符合CPT對稱的原理。CPT對稱是指物理定律在電荷共軛（把粒子換成反粒子）、宇稱（鏡像中的世界）、時間反演的聯合變換下保持不變。到目前為止科學家并沒有發現任何物理情況是違反CPT對稱的，而反氫原子提供了這么一個機會讓我們去驗證這個規則。
下一步，研究人員會通過利用更多不同波長的激光對反氫原子的光譜進行測量，以確定反物質和物質之間的對稱性。ALPHA的團隊也將建造一個新的儀器，并稱之為ALPHA-g（字母“g”代表引力），用來驗證反物質是如何下落的——引力對于物質和反物質是否一樣。
我們希望在未來的實驗中，科學家能夠發現物質和反物質之間的確存在著意想不到的區別。打破對稱性或許是通往更深層基本原理的重要一步。
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