反水素の捕捉率を10倍にする新技術をCERNで実証(Swansea physicists drive antihydrogen breakthrough at CERN with record trapping technique)

2025-11-18 スウォンジー大学

Swansea University(英国)所属の物理学者らが、CERNの反陽子減速器における実験装置ALPHA collaborationで、反水素原子のトラップ捕獲率を従来の約10倍に向上させる新技術を開発した。この成果は学術誌『Nature Communications』に掲載され、反水素研究の大きな進展を示す。新手法の核心は、レーザー冷却されたベリリウムイオンを用いて陽電子を10 K以下に冷却することで、従来の約15 Kという温度限界を大幅に下回って冷却し、反水素生成・捕獲効率を劇的に改善するというもの。この結果、7時間以内に約15,000個の反水素を捕獲するという記録を達成した。これは反物質研究において長年の課題だった捕獲数増加の壁を大きく打ち破るものであり、物質・反物質の非対称性や重力に対する反物質の応答(弱い等価原理)など、根源的な物理の謎に新たな実験扉を開いたとされる。

<関連情報>

Be+の支援により、15000個以上の反水素原子を同時に閉じ込める Be+ assisted, simultaneous confinement of more than 15000 antihydrogen atoms

R. Akbari,L. O. de Araujo Azevedo,C. J. Baker,W. Bertsche,N. M. Bhatt,G. Bonomi,A. Capra,I. Carli,C. L. Cesar,M. Charlton,A. Cridland Mathad,A. Del Vincio,D. Duque Quiceno,S. J. Eriksson,A. Evans,J. Ewins,J. Fajans,T. Friesen,M. C. Fujiwara,L. M. Golino,M. B. Gomes Gonçalves,J. S. Hangst,M. E. Hayden,D. Hodgkinson,… J. S. Wurtele
Nature Communications  Published:18 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-65085-4

反水素の捕捉率を10倍にする新技術をCERNで実証(Swansea physicists drive antihydrogen breakthrough at CERN with record trapping technique)

Abstract

Antihydrogen, the bound state of a positron and an antiproton, is the only pure anti-atomic system ever studied. It is produced exclusively in the laboratory, as it has never been observed in nature. This unique system is of great interest for searching for tentative differences between matter and antimatter. Antihydrogen has been routinely trapped since 2010 and accumulated since 2017, enabling, for example, the first precision spectroscopic study of the anti-atom in 2018 and the first observation of the influence of gravity in 2023. Here we report an eight-fold increase in the trapping rate of antihydrogen, enabled by sympathetic cooling of positrons with laser-cooled beryllium ions. With beryllium sympathetic cooling, we now accumulate over 15000 antihydrogen atoms in under seven hours. This technique transforms our ability to study systematic and sidereal effects in existing experiments while paving the way for studies that would otherwise remain out of reach.

1701物理及び化学
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