（文/Lisa Grossman） 题图：彭宁离子阱中的电磁场。 近期，物理学家第一次看到了单个质子的翻转。这不仅仅是技术上的一个伟大成就，也许在它的帮助下可以解决困扰物理家很久的谜题——为何宇宙中正物质会远远多于反物质。
天文学家认为在大爆炸之处，创造了同样数量的正物质和反物质。正物质组成了我们看到的宇宙，包括恒星、行星和人类；而反物质只是与正物质电性相反而已。但是，当正物质与反物质不期而遇时，它们会发生湮灭变成能量。然而，我们似乎足够的幸运，因为大量的正物质被剩了下来。这也是困扰现代物理学的一个重要谜题，为何剩下了如此多的正物质。
一种可能的解释就是，除了电性相反之外，反物质和正物质也并非全然相同，所以它们没有完全达到湮灭的要求。为了证实这种说法是否正确，物理学家需要精确的比较正物质与反物质。6月24日，《物理评论快报》上的一篇文章将这个想法付诸于了实验中。物理学家通过测量质子的磁矩进一步比较了质子与反质子。
“对于正物质和反物质来说，磁矩从来没有被比较过。”德国亥姆霍兹研究所的量子物理学家斯忒芬•厄尔默（Stefan Ulmer）说，他是文章合著者之一。“我们的方法推进了物质和反物质进一步比较的可能性。”
磁矩描述的是一个粒子在磁场中的表现。它存在一个固有的方向，就像指南针的指针总是向南一样。当然，在额外磁场的作用下，它可以向上或是向下的发生改变。
在此之前，测量质子的磁性质需要上百万甚至更多的质子参与。但是同样的工作并不适用于反物质，因为反物质的存在时间不足以完成一次测量。在本月初，欧洲核子中心的反物质探测器将300多个反氢原子保存了长达1000秒的时间，但这仍不足以实现磁性质的测量。
厄尔默和他的同事在这次研究中，通过观察质子的前后翻转，实现了测量单个质子磁矩的可操作性，进一步测量单个反质子的磁矩也成为了可能。他们的操作是将单个质子固定在了一个微小的“彭宁离子阱”中，这个离子阱是一个真空阱，通过电磁场将带电的粒子束缚其中。
在一个固定的磁场中，质子往往会使自己的“小磁针”保持方向一致，它的北端向上。但是，当加入一个额外的磁场后，质子的“小磁针”会发生一个翻转，北端向下。当然它会根据磁场的强弱对它磁矩的影响做出一个快速的调整。
目前，他们知道了如何测量单个质子的磁矩，研究者们打算将他们的设备用于欧洲核子中心并测量反质子的磁矩。厄尔默认为他们能做出了有史以来最精确的测量。
上世纪80年代类似的研究测量过电子和正电子（电子的反物质对）的磁矩。这一研究发现，在上亿的粒子中这两种粒子除了电性外其他性质保持着惊人的一致，这也将为何正物质和反物质没有彼此消耗的谜题延续至今。
但是，质子的磁矩比电子的磁矩弱了660倍，所以厄尔默的实验无疑是一个巨大的技术挑战。“这就需要更高的精度，比以往的精度要高出10000多倍。”厄尔默说，“我们建造了最小的彭宁离子阱，这是一件很酷的事情。”
如果质子和反质子表现出了不同的磁矩，“那么，很多现代的量子场理论会被改写。”佛罗里达州立大学的物理学家埃德蒙•迈尔斯（Edmund Myers）说，他并没有参与这项新的研究。“如果差异存在，理论物理学家们将看到他们最不愿意见到的事情发生。但这却是实验人员最渴望发现的。”
博主介绍： Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校，科技交流专业。毕业后，她一直从事科技写作工作，从硕士期间便在Science News等地方做编辑，现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广，涵盖各个学科。