这辆卡车里装了92个反质子，正在进行有史以来第一次的反物质运输。(图/CERN)

欧洲核子研究中心(CERN)完成一项堪称「科幻成真」的实验，科学家首次成功将反物质「保存并运输」。这是个里程碑式的科学突破，让过去只能在实验室内短暂存在的反物质，正式迈入可移动、可保存的时代。

熟知《星舰奇航记》(Star Trek)影集的粉丝们，对反物质一定不陌生，著名的星舰「企业号」(NCC-1701)之所以能在银河间快速穿梭，使用的曲速航行必须依靠强大的「反物质能源」。这一设定是有根据的，反物质是一种由反粒子构成的物质形式，这些反粒子与普通粒子质量相同，但电荷和磁性相反。反物质一旦与普通物质相遇，两者都会瞬间湮灭并释放出纯能量。在理论上，正反物质湮灭产生的能量，比核反应、核融合都要强大得多。


著名科幻影集星舰奇航记的主角舰「企业号」，在23世纪后期，人类掌握了利用反物质为动力的星际航行能力。(图/美联社)

不过，正因为反物质很容易与环境中的普通物质发生湮灭而消失，所以极难保存，更别提成为星舰的动力来源了。

另外，在著名的推理小说《天使与魔鬼》当中，反物质也是故事中的重要道具，被当成一种高威力的炸弹。

把反物质「关起来」：关键在这三件事

回到现实，要让反物质活下来，科学家必须做到三件近乎极限的工程控制：

用「彭宁陷阱」(Penning trap)困住粒子

维持超高真空，避免接触任何物质

将温度降至约8.2开尔文（接近绝对零度）

这里要先说明什么是「彭宁陷阱」，那是由荷兰实验物理学家彭宁(Frans Michel Penning)提出，利用「电场与磁场」制造出一个拘束环境，在该环境中的特殊物质（例如带电粒子，或带电的反物质）就不会与其他粒子发生电中和或湮灭。首座「彭宁陷阱」于1959年由德裔美籍物理学家德默尔特(Hans Georg Dehmelt)成功制作，并因此项成就获得1989年诺贝尔物理学奖。

在这一次的实验中，研究团队制作出一个机动式的「彭宁陷阱」，这是一个重量超过850公斤、内建超导磁铁与超低温冷却设备的巨型装置，必须使用大型货柜才能装得下。

随后研究人员成功将92个反质子装入其中，接着从实验现场断开装置，装上卡车，并将其运送到10公里外的日内瓦实验园区。在目的地，研究团队确认92个反质子仍然存在，实验宣告成功。

一次历史性的运输测试

尽管人们担心道路震动，但这些粒子在运输过程中并未湮灭。这显示反物质可以安全地运送出实验室。

CERN研究与计算主任德蒙谢诺(Gautier Hamel de Monchenault)称赞这项壮举意义非凡，他说：「反物质运输是一项开创性且雄心勃勃的项目，我祝贺合作团队取得这一令人瞩目的里程碑。这绝对是新的科学探索之开端，我们将能够进一步加深对反物质的理解。」

为什么要送到别的园区研究

欧洲核子研究中心（CERN）的反物质工厂，是世界上唯一能够生产、储存和研究低能量反物质的场所。

然而，用于产生反物质的加速器也会产生电磁噪声，影响后续测量的精确度。因此，将反物质输送到更安静的环境中，可以将实验精度提高100到1000倍。

为了避免行车颠簸造成「彭宁陷阱」失效，这趟10公里的路程花了四小时才完成。接下来，他们的目标是实现更长距离的运输，准备送往德国杜塞道夫大学(HHU, Germany)，那将是一段长达8小时的旅程。

参与研究的物理学家西蒙拉(Christian Smorra)表示：「杜塞道夫拥有专用精密实验室，那里的量测效果更好，我们希望将反质子运往那里。」

这当然又是新的技术挑战，意味着在整个运输过程中，都需要将超导磁铁的温度维持在8.2开尔文以下。「因此，除了液态氦之外，我们还需要一台发电机来为卡车上的低温冷却器供电，我们目前正在研究这种可能性。」

从科幻迈向现实的旅程

过去，反物质只能存在于固定实验设备中；现在，它可以被「装箱、上车、运走」。

这项突破意味着研究模式的根本改变——从「反物质必须待在加速器旁」，转变为「反物质可以被送往任何需要的实验室」。

当然，距离「星舰企业号」那种以反物质作为能源的时代仍然相当遥远，但这一次，确实让科幻设定首次出现了现实的工程雏形。

1个反质子泯灭能产生多少能量？

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