人类首次运输反物质，我们离弄清宇宙为什么全是物质又近了一步

2026 年 3 月 24 日，日内瓦郊外的欧洲核子研究中心（CERN）园区内，一辆白色厢式卡车缓缓驶出一栋不起眼的实验大厅。车身侧面印着一行字：“Antimatter in motion”，反物质，在路上。

卡车最高时速 42 公里，走了大约 8 公里，绕园区转了一圈，半小时后回到起点。沿途不少 CERN 员工举着手机拍照。卡车停稳后，研究团队确认货物完好无损，随即开了香槟。

图丨那台运输反物质的卡车（来源：CERN）

这批“货物”是 92 个反质子，装在一个重约一吨的低温磁阱里。外表看上去就是一个普普通通的大号金属柜子。但它完成了一件人类从未做过的事：把反物质从实验室里搬出来，装上车，在公共道路上运输，再搬回去，全程没有丢失一个粒子。

“这是人类从未做过的事情，这是历史性的，”BASE 实验发言人、海因里希·海涅大学（HHU）物理学家 Stefan Ulmer 说。

图丨 Stefan Ulmer（来源：WikiPedia）

说它历史性的，是因为反物质大概是人类已知最难搬运的东西。问题不在包装，不在道路颠簸，而是这种物质本身的根本特性决定了它不能碰到任何东西，包括空气分子、容器内壁，乃至一粒尘埃。

反物质是物质的镜像。每一种基本粒子都有一个对应的反粒子，质量相同，电荷相反，磁矩相反。反质子是质子的镜像，正电子是电子的镜像。当一个粒子遇到它对应的反粒子时，两者会瞬间湮灭，全部质量转化为能量。这个过程遵循爱因斯坦的质能方程 E=mc²，效率是 100%，没有任何化学反应或核反应能与之相比。

这意味着，你不能把反物质放在任何普通容器里。玻璃瓶不行，金属罐不行，任何由普通物质构成的东西都不行。反物质粒子一旦碰到容器壁上的原子，双方立刻同归于尽。

图丨物质和反物质（来源：Big Think）

所以储存反物质的唯一办法，是让它悬浮在真空中，完全不接触任何物质表面，用电场和磁场把它“托”在半空。CERN 的 BASE 实验此前创下过将反质子在这样的阱中连续保存超过 600 天的纪录，这已经是实验物理中真空和磁场控制技术的极限了，BASE 实验室内的真空度达到 5×10⁻¹⁹ 毫巴，是地球上有记录以来最好的真空环境。

把反物质“关”住已经极难，把它带着走则是另一个量级的挑战。固定在实验室里的磁阱可以接入稳定的电源、冷却系统和真空泵；一旦上了卡车，所有这些都必须自带，而且要在颠簸、振动、温度波动的条件下持续运行。超导磁体需要维持在 8.2 开尔文（约零下 265 摄氏度）以下才能工作，液氦冷却系统不能断，真空不能漏，供电不能停。任何一个环节出问题，反质子就会碰到普通物质，瞬间消失。

CERN 也是目前全球唯一能够生产、存储和研究低能反质子的地方。它的“反物质工厂”利用反质子减速器（Antiproton Decelerator，AD）和超低能反质子环（Extra Low Energy Antiproton ring，ELENA）两台设备，把高速产生的反质子逐步减速到可以被捕获的能量水平。整个过程中绝大多数粒子会丢失，产量极低。

图丨CERN 的反物质工厂（来源：CERN）

要知道，CERN 全力运转一年，产出的全部反质子加在一起，湮灭释放的能量大约相当于 500 焦耳，够让一个 100 瓦灯泡亮 5 秒钟。反物质之所以被称为“地球上最昂贵的物质”，原因就在这里。

NASA 曾在 1999 年估算反氢的生产成本约为每克 62.5 万亿美元。不管这个数字的精确度如何，数量级是对的：以人类目前的技术，制造宏观量级的反物质在经济上完全不可行。

那为什么还要费这么大劲去运输它？

答案藏在一个听起来很小、实际上影响巨大的技术瓶颈里。

CERN 的反物质工厂虽然是全球唯一的反质子来源，但它同时也是一个极其“嘈杂”的电磁环境。大厅里运行着粒子加速器和各种重型设备，它们产生的磁场波动虽然极其微弱，大约在十亿分之一特斯拉的量级，比地球磁场小两万倍，但对于 BASE 这样追求极端精度的实验来说，这些波动已经构成了非常大的障碍。

“反物质工厂里的机器和设备产生的磁场波动，限制了我们能把精密测量推进到多远，”Stefan Ulmer 解释道。“BASE 的测量精度已经达到了这样的水平：要想更深入地理解反质子的基本性质，就必须把实验搬出这栋楼。”

这里说的“基本性质”，指的是反质子的磁矩、电荷质量比这类物理量。BASE 实验此前已经将反质子磁矩的测量精度推到了十五亿分之一的水平，电荷质量比的精度则达到了十六万亿分之一。这些数字听起来已经很惊人了，但物理学家们需要的精度还要再高两到三个数量级。

精度为什么如此重要？因为物理学家想要找的东西，就藏在物质和反物质之间那些极其微小的差异里。

根据粒子物理学的标准模型，大爆炸应该产生了等量的物质和反物质。如果两者的性质完全对称，它们就会彻底湮灭，宇宙中什么都不会剩下，没有星系，没有恒星，没有行星，没有我们。但我们的宇宙显然存在，而且几乎完全由物质构成，反物质极为罕见。这是现代物理学最根本的未解之谜之一：反物质去哪了？

如果反质子和质子的某个基本性质存在哪怕极其微小的差异，就可能打破物质和反物质之间的完美对称，进而解释为什么宇宙偏向了物质一边。而要发现这种差异，就需要把测量精度再往前推几个数量级。

而这就是将反物质运出反物质工厂的主要原因。不是为了运输本身，而是因为运输是解锁下一代精密测量的前提。把反质子送到一个电磁环境安静的实验室，测量精度有望提升一百倍甚至一千倍。这个量级的精度跃升，可能足以揭示物质和反物质之间此前看不到的差异，当然，前提是这种差异存在的话。

而且，如果反物质可以被常规运输，CERN 就不再是唯一能做反物质实验的地方。德国的海因里希·海涅大学、汉诺威莱布尼茨大学，以及其他具备精密测量能力的欧洲实验室，都有可能获得反质子样本，独立开展实验。用丹麦奥胡斯大学 ALPHA 实验负责人 Jeffrey Hangst 的话来说，这次运输成功“为未来许多年的精密测量打开了大门，因为反物质研究不再受限于反物质工厂大厅里的噪声”。

实现这一切的核心设备，是 BASE 团队从 2018 年开始研发的 BASE-STEP（Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons，便携式反质子对称性测试实验）。项目负责人、HHU 物理学家 Christian Smorra 说，最初的想法很简单，就是做一个能塞进汽车后备箱的装置。“但当你开始研究细节，弄清楚建造这个阱到底需要什么的时候，它就越变越大。”最终成型的设备重约一吨，需要用吊车装卸。不过，Smorra 补充说，它至少还能穿过一扇标准实验室门。

图丨BASE-STEP（来源：CERN）

BASE-STEP 的核心是一个低温彭宁阱（Penning trap），利用超导磁体和电场将带电的反质子束缚在真空中旋转，悬浮在空间里不接触任何表面。整个系统包括超导磁体（占了设备重量的大部分，约 600 公斤）、液氦低温冷却系统、电力储备和超高真空腔体。

在这次测试中，92 个反质子被捕获后，设备从反物质工厂的实验装置上断开连接，用吊车吊上卡车，沿 CERN 园区道路行驶了约半小时，然后运回原处重新接入。整个操作过程从装载到卸载历时约三个小时。全程反质子保持稳定，没有发生任何湮灭事件。

这只是第一步。Smorra 和团队的下一个目标是把反质子送到 HHU 的专用精密测量实验室，车程大约 8 小时。这意味着超导磁体需要在 8.2 开尔文以下连续维持至少 8 小时，仅靠液氦储备不够，还需要在卡车上安装发电机驱动低温冷却器。团队目前正在评估这个方案的可行性。

而即便解决了运输途中的温度问题，到达目的地后还有一个更棘手的挑战：如何把反质子从运输阱转移到实验装置中，而不让它们消失。这个“最后一步”的技术方案尚未完全验证。

另一个现实约束是时间。CERN 即将进入大型强子对撞机（LHC）的升级改造期，大部分设施将关闭运行，预计到 2028 年底才会完成。这也将导致 BASE-STEP 的长距离运输测试可能要等到那之后才能获得新的反质子供应。

不过对 Smorra 来说，3 月 24 日这一天已经足够了。三十多年前建造反物质工厂的物理学家们曾经梦想过，有一天反物质或许可以被带出实验室。Smorra 说，现在这件事终于成为了现实。

92 个反质子，装在一个一吨重的磁场瓶子里，由一辆普通卡车以 42 公里的时速运送。如果这些反质子全部湮灭，释放的能量大约只相当于一百万分之一焦耳，比一秒钟照在皮肤上的阳光还要弱十亿倍。但这次运输证明了一件事：人类可以把宇宙中最脆弱的物质带着走。接下来要走的路，是从 CERN 到杜塞尔多夫的 8 小时车程，以及从已知物理学到未知物理学之间那段还看不清终点的距离。

参考资料：

1.https://www.nature.com/articles/d41586-026-00950-w

2.https://www.newscientist.com/article/2520548-antimatter-has-been-transported-by-road-for-the-first-time/

3.https://www.scientificamerican.com/article/physicists-just-took-a-road-trip-with-a-load-of-antimatter-heres-how-it-went/

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