蘭姆在研究氫譜精細結構時發現了蘭姆位移； 庫什在電子矩陣的精確測量中發現了反常電子矩陣。 兩者都對量子電動力學的發展做出了重大貢獻。
蘭姆位移通常是指氫原子的兩個能級2S（1/2）和2P（1/2）之間的微小能量差。 這種差異最早是由蘭姆在1947年通過實驗發現的。它的發現在當時引起了轟動，因為它與著名物理學家保羅·狄拉克提出的狄拉克方程（綜合了量子力學和狹義相對論）的預期不一致，這直接導致了量子電動力學的誕生。 。
在量子電動力學中，這種能級差異被解釋為是電子不斷吸收和發射光子造成的，該理論也準確地提出了光子吸收和發射對電子磁動量影響的計算方法。電子。 計算結果也與實驗結果一致，量子電動力學因此被當今物理學家視為20世紀物理學的重大變革之一。
然而，盡管科學家早在1995年就成功觀察到了反氫原子存在的跡象，但人們對反粒子的了解仍然“知之甚少”。 不過庫什物理學家，近日在《自然》雜志上發表的一篇論文中，此前刷新了反氫譜觀測準確性的歐洲核研究組織ALPHA項目團隊認為，他們在近期的研究中在反氫原子方面取得了突破。 成功觀察到羔羊移位。
根據標準模型，宇宙中存在與粒子相反的反粒子。 反粒子與正電子粒子具有相同的質量，但具有與正電子粒子相反的特定物理性質（例如，帶有電子的反粒子帶正電）。 當它們遇到正電子粒子時，它們就會被摧毀，只留下能量。 盡管大爆炸可能產生了等量的正粒子和負粒子，但“為什么我們通常所說的正粒子，也就是我們通常所說的物質，最終在大爆炸后大量保留下來？為什么反粒子沒有留下來？” 這仍然是當代物理學需要回答的基本問題之一，反粒子相關的研究希望找到這個問題的答案。
在研究中，ALPHA項目團隊通過使用反質子還原劑（ ）提取反質子，然后將其與鈉22的正電子結合庫什物理學家，從而制造了反氫原子。 該原子由一個反質子和一個正電子組成），然后將反氫原子“鎖定”在位于長約28厘米、直徑約4厘米的圓柱形空間內的磁井中（防止與正離子相遇而消失），然后用激光照射這些捕獲的反氫原子，通過傳感器收集它們被激光照射后的反應，最后將分析結果與氫數據進行比較，進而確定研究重點。 反氫原子的觀測結果是否與理論預期一致。
圖| ALPHA的實驗設備示意圖（來源：）
根據論文中描述的實驗方法，本研究中，ALPHA項目團隊通過觀察特定能級下反氫原子的精細結構（Fine），測量了單位磁場強度下反氫原子的光致躍遷頻率。 然后，在建立了“該效應的作用機制和超精細結果”的假設下，得出了“反氫原子中存在蘭姆位移”的結論。
最終數據顯示，計算出的能級差結果與量子電動力學理論期望值的吻合度高達98%左右。 結合團隊之前測量的反氫原子的高精度1S到2S軌道能級，得到躍遷頻率。 研究數據分析表明，觀測結果與經典蘭姆位移理論預期的該能級反氫原子躍遷頻率值大致一致。 因此，ALPHA項目團隊能夠確定這里確實發生了蘭姆位移。 這是在反氫原子觀察實驗中觀察到的。
圖片| ALPHA實驗設備外觀圖（來源：阿爾法）
據悉，自2007年ALPHA項目完成反氫粒子建模并提出實驗設備設計方案以來，已經過去十多年了。 在此期間，項目組從理論建模到設備構思，一點一滴從零開始。 如何捕獲反氫粒子，一路嘗試捕獲又如何探測，終于在2018年實現了破紀錄的反氫原子觀測精度，2019年下半年又取得了論文中描述的新突破，證實了它的存在。可以說是“十年磨一劍”。
在應用方面，物理學家可以通過將反粒子的觀測結果與相應正電子的數據進行比較，來測試一種稱為 CPT 對稱性（CPT 分別代表時間、電荷和空間）的宇宙對稱模型。 對稱）。
任何與標準模型和對稱理論不一致的觀測結果都可能動搖現代粒子物理的基礎，而與標準模型和對稱理論一致的觀測結果將進一步鞏固其在現代物理學中的基石地位。 更重要的是，通過分析結果并與理論預期進行比較，甚至在出現差異時及時對理論進行修正，有望回答“為什么我們目前能觀測到的宇宙普遍由正粒子組成”的問題。 ？” （即物質的組成）”提供了線索。
盡管直到近幾年物理學家才實現了反氫粒子的高精度觀測，但現有的與本研究類似的高精度反粒子觀測實驗的結果無疑代表了當前“反氫原子嚴格光譜學的建立” ”。 ”已成為可能。
正如論文中所寫，這一發現進一步證明了研究中使用的觀察方法的有效性。 未來可能會用同樣的方法對反氫粒子的其他性質進行高精度觀測。 而這一發現本身無疑可以被視為現代反粒子研究領域的重大進展。
