离子阱中冷却带电粒子的新方法性能特点

物理学家首次成功地开发出一种使用激光冷却离子来冷却质子的新方法，此处用到的是铍离子。新系统的创新特点是两种粒子类型位于空间分离的离子阱中。这意味着现在可以借助谐振电路在两个相距9 厘米的离子阱之间提供冷却效果。

新技术可用于所有带电粒子，甚至反质子，当前并没有其他方法能将它们冷却至此温度范围。尤为令人兴奋的是，研究者们现在应该可以更精确地进行物质和反物质的比较实验。

为了对单个离子进行精确测量，它们必须被捕获并存储在一个离子阱中，并尽可能保持惰性。为了达到这种状态，需要从带电粒子中去除能量，从而降低它们的温度。与之前*好的冷却质子的方法所能达到的温度相比，使用新的双阱结构，研究团队能够将温度大约降至1/10，从而达到接近*零度的温度。“粒子的温度越低，我们就能越精确地限制粒子存在于离子阱内的空间。我们越能准确地定位粒子，起始条件就越好，这样我们的精确测量结果也越好。

新的双阱冷却方法具有更多优势：它还可以用于反物质粒子，因为在单阱冷却系统中，物质和反物质会立即相互破坏。新方法将能够更精确地比较质子和反质子。“我们想专门寻找质子和反质子属性之间可能存在的任何差异。我们认为这两个粒子的表现相同，*的区别是电荷相反。目前还不清楚为什么我们的宇宙包含如此多的质子——即物质，但几乎没有反质子，即反物质。

以前的方法要求待冷却粒子与铍离子之间的距离为 0.1 毫米或更小，而目前的研究表明，尽管空间分离超过9厘米，实际上也可以传输冷却效果。这为进一步的研究项目奠定了基础，并实现了如不间断、更精确的频率测量，而BASE合作计划就是在寻找暗物质的背景下针对反物质进行这种测量。