2026年3月24日,一辆卡车在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN)园区里转了半小时,跑了约8千米。车速不快,路线也平平无奇,车上的货物却是地球上最难伺候的东西:92个反质子。
反质子是质子的反物质版本,质量和质子一样,电荷相反。它有个要命的脾气:只要碰到普通物质,哪怕只是一个空气分子,双方就会同归于尽,化成一团能量,这叫湮灭。而我们身边的一切,卡车、公路、空气,连同装它的容器,全是普通物质。
卡车停稳,研究人员清点了一遍。92个,一个没少。
这是人类第一次用公路运输反质子。完成这件事的是BASE合作组,领头的是德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的斯特凡·乌尔默(Stefan Ulmer)和克里斯蒂安·斯莫拉(Christian Smorra)。研究成果已发表在《自然》(Nature)上。
CERN有一座反物质工厂,是全世界唯一能制造、储存和研究低能反质子的地方。BASE合作组在这里干的活,是给质子和反质子做精密体检,比较两者的质量和磁矩。磁矩可以粗略理解为粒子自带的那块小磁铁有多强。
这项比较背后,是物理学里最根本的疑问之一。按现有理论,宇宙大爆炸应该产生等量的物质和反物质,两者相遇湮灭,最后什么都不剩。可现实是,宇宙里满是物质,星系、恒星、行星和人都在,反物质却几乎找不到。
乌尔默说:“如果物质和反物质之间存在某种不对称,那么大爆炸时产生的物质可能比反物质多出极其微小的一点,反物质全部湮灭之后,净剩下了一些物质。”
我们今天看到的整个宇宙,可能就是那一点零头。
要找出这点不对称,办法之一就是把质子和反质子放在一起比,看它们是不是真的除了电荷之外一模一样。BASE合作组已经把质子磁矩测到了十亿分之0.3(0.3 ppb)的精度,反质子测到了十亿分之1.6(1.6 ppb)。在这样的精度下,两者仍然找不出任何差别。
想再往下挖,就得把精度继续提高。麻烦在于,反物质工厂本身太吵了。这里的吵指的是磁场:工厂里的大型设备一运转,周围的磁场就跟着波动,测量仪器随之受到干扰。斯莫拉说:“我们在反物质工厂里已经没法再提高测量精度了,更好的条件只能到CERN外面去找。”
他们的打算是把反质子运到一间足够安静的高精度实验室,把精度至少再提高100倍。
于是有了BASE-STEP,一个能搬上卡车的移动式阱。它属于彭宁阱,原理是用电场和磁场编成一只看不见的笼子,让带电粒子悬在正中间,四面都不挨着容器壁。
光悬着还不够。笼子里只要残留一点气体分子,反质子撞上去就没了。所以阱内必须抽成超高真空,而且要在颠簸的卡车上一直保持住。
研究团队给自己定的设计指标是10⁻¹⁶毫巴。实际做到的数字优于2.2×10⁻¹⁸毫巴,比设计指标好了几十倍。
毫巴是气压单位,地面大气压约为1000毫巴,国际空间站外面的太空真空大约是10⁻⁷毫巴,而这个阱的内部比外太空还要空几百亿倍。
论文第一作者、海因里希·海涅大学的博士生马塞尔·莱昂哈特(Marcel Leonhardt)说,对于一个能注入、也能取出反质子的开放式阱系统来说,这样的真空度是世界首次。
运输结束后,团队继续观察这批粒子,前后总共储存并操控了一个多月。整个过程里只损失了一个:第27天,研究人员测试把粒子从阱里取出来时,有一个反质子湮灭了。
反质子在移动容器里存活超过一个月,这同样是第一次。
这辆卡车并不是头一回出车。2024年10月,同一个阱先运过一次质子,算是用不怕碰的货物探了探路。这次换上真正娇贵的反质子,斯莫拉把它称为一次成功的彩排。
正式演出的目的地之一,是乌尔默团队正在海因里希·海涅大学筹建的高精度实验室。从日内瓦到杜塞尔多夫,车程大约10小时,是这次试运的20倍。
团队的下一个目标,是让这个阱足够自主,能独自撑过这10小时的路。
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图一:反质子在BASE-STEP阱中成功储存。图中显示了阱内反质子的数量,并标出实验期间各项操作的时间点,包括2026年3月24日的运输。运输之后粒子仍安全储存;第27天,在一次粒子取出测试中,仅有1个反质子湮灭,图源:HHU/Marcel Leonhardt图二:运输团队在BASE-STEP前合影,左起:赫瓦伊什·安朱姆(Khwaish Anjum,海因里希·海涅大学)、克里斯蒂安·斯莫拉(海因里希·海涅大学)、乔纳森·莫格纳(Jonathan Morgner,海因里希·海涅大学/CERN)、马塞尔·莱昂哈特(海因里希·海涅大学)。装满反质子的移动式阱即将装上卡车。《自然》论文第一作者莱昂哈特手持移动控制面板,面板显示反质子正关在阱内,图源:Barbara Latacz
信源:Claussen, Arne. "Mobile Trap Transports 92 Antiprotons by Road and Stores Them for over a Month in World First." Phys.org, edited by Lisa Lock, 16 Sept. 2026

