靠近一点就会爆炸？人类首次公路运输反物质

2026年3月24日，在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN），一场特殊的“货运任务”正在拉开帷幕。

一辆看似普通的货车从实验室门口出发，绕行穿过CERN的主基地，又回到了实验室。这段看似平凡的路程，在物理学上却有着重要意义：在它的货舱里，装载着宇宙中最易碎、也最危险的东西——反物质。反物质研究，是一个开创性且雄心勃勃的项目。

这是科学家第一次将反物质带离实验室，并且又安全地将它们送回了实验现场。这项实验的成功，也走出了该机构从瑞士向其他欧洲实验室输送反物质的重要一步。

运输反物质的卡车丨CERN

“危险货品”：只要碰一下，就会消失

你或许在一些科幻作品中听说过“反物质”，它们总是作为一种极为危险的物品出现：在科幻电影《天使与魔鬼》中，反物质被当作宗教斗争的武器，四分之一克反物质就能炸掉梵蒂冈。在科幻小说《三体》中，一颗反物质子弹就足够摧毁一座太空城。

科幻电影中幻想的放置反物质的容器丨《天使与魔鬼》

这些并非小说家的凭空构想：早在1928年，物理学家狄拉克就预言了反物质的存在。在1932年，安德森就通过实验发现了第一种反物质粒子——正电子，证明了狄拉克的预言。

现代的物理学认为，对于每一种普通粒子，都存在一个“镜像版”的反粒子。它们就像孪生兄弟，却带有相反的电荷和磁矩。当物质与反物质相遇，就会发生“湮灭”，瞬间转化为纯粹的能量。它的能量转化率高达100%——而太阳内部发生核聚变时，氢燃料的能量转换率也只有0.7%。

所以，同样的燃料质量下，正反物质湮灭释放的能量是氢核聚变的140多倍。反物质的巨大杀伤力，的确不是危言耸听。

但在现实中，CERN的运输实验却很安全——因为反物质的量太少了。

这次运输的反物质是反质子。我们知道，质子是组成我们宇宙中所有原子的原子核的一种基本粒子，它非常非常小，而反质子有着和质子相同的质量，却带有相反的电荷。

他们只运输了92个反质子，这些反质子的质量总和在宏观世界里，几乎可以忽略不计。即便容器失效，所有反质子瞬间湮灭，如果没有精密的仪器测量，我们根本就不会注意到。

CERN拥有全世界唯一的反质子减速器，可以用于捕获反质子丨CERN

虽然没有危险，但也不意味着科学家们就能掉以轻心：CERN 的“反物质工厂”是全世界唯一能生产低能反质子并储存它们的地方。这些反质子是科学家耗时数年、耗资巨额才捕获到的“宇宙孤品”，也是极为脆弱的“无价之宝”。稍有不慎，它们就可能在与物质的碰撞中“烟消云散”。

保护反物质的“特种集装箱”

要把这些“一碰就炸”的粒子带上公路，传统的罐子显然不行。为了“护送”反物质安全上路，科学家研发了一套名为BASE-STEP的顶级“集装箱”。

BASE-STEP可移动捕集系统丨CERN

这台机器本质上是一个移动的“彭宁离子阱（Penning Trap）”。它就像一个“没有墙壁的隐形笼子”，用磁场和电场这两股看不见的力量，把带电粒子（比如反质子）悬浮在真空的中央。

一种彭宁阱的结构示意图，标示电力线和磁力线丨维基百科

为了保证反物质在运输途中不“碰壁”，集装箱内部装备了物理学界的“顶级配置”：

极低温的容器内部被抽成了极高的真空，这才能确保反质子不会撞上任何残余的空气分子。然后，科学家利用强大的超导磁场，在容器中织成了一张无形的“网”，将反质子死死地“锁”在中心。

在卡车上，他们还配备了巨大的电池组和监控电脑。即使断开实验室电源，这套系统也能自主坚持运行5小时，为反物质的安全上路提供了保障。

“替身”演练：3.72公里的完美试跑

其实，在正式运送反物质之前，科学家们在去年5月已经进行了一场完美的“演习”，并将结果发表在顶级期刊Nature（《自然》）上。

这次演习的“货物”不是反质子，而是它的“双胞胎兄弟”——质子。虽然质子不会和普通物质湮灭，但它们同样带电，可以用来测试这个“特种集装箱”在公路行驶中的稳定性。

卡车载着105个质子，以峰值42.2公里/小时的速度在CERN园区内行驶了3.72公里。期间经历了吊车起吊、拖车转运和卡车颠簸，最大加速度达到了7.7 m/s²。

质子在CERN园区中运输的路径丨Nature（2025）

科学家通过监测微弱的感应电流信号，像看车内监控一样观察质子的动态。当卡车回到实验室时，科学家惊喜地发现，出发时的105个质子，回来时依然是105个。

“质子快递”的完美送达，很好地验证了这台移动陷阱的可靠性。因此，科学家们终于可以将珍贵的反质子也装进卡车，才有了本次成功的实践。

为什么反物质要费劲“搬家”？

你可能会问：既然CERN有“反物质工厂”，为什么不直接在工厂里研究，非要冒险运出来？

答案是：工厂太“吵”了。

CERN的反物质制造区充斥着微弱的的电磁波动，但想在这里就地测量反物质与物质间的细微性质差别，依然像在摇滚音乐会现场听针掉落的声音。

所以，为了看清反物质与物质之间那极其微小的差异，科学家需要把它转移到更“安静”的地方去。在未来，他们的计划是把反物质从日内瓦运送到560公里外的德国城市杜塞尔多夫。在那里的海因里希·海涅大学（Heinrich Heine University Düsseldorf）正在建造一个世界上最精确的反物质实验室，如果能够成功地将反物质运送过去，反物质特性的测量精度有望提升100倍以上。

装有反物质的BASE-STEP正从起重机上吊起到运输卡车上;前景是海因里希·海涅大学的博士生 Marcel Leonhardt与BASE-STEP的移动控制终端。丨CERN

终极目标：解开我们的存在之谜

这辆卡车的背后，承载着物理学最宏大的终极审问：为什么宇宙中几乎全是物质，而反物质却消失了？

根据大爆炸理论，宇宙诞生之初应该产生了等量的正反物质。如果真是这样，它们应该早就互相湮灭，只剩下一片虚无。但现实是，我们和星系都存在着。在我们的宇宙中，物质远远多于反物质，这种失衡让科学家们困惑。

通过将反物质带到安静的实验室进行对比研究，物理学家希望找到物质与反物质之间那极其微小的隐藏差异。或许，那一点点细微的差别，就是解开万物起源之谜的钥匙。

也许，在2028年CERN完成升级后，行驶在瑞士或德国的高速公路上的车辆，真的会与一辆装载着反物质的卡车擦肩而过。它所运输的，不仅是脆弱的粒子，更是人类对这个宇宙最极致的好奇心。

参考文献

[1]https://home.cern/news/press-release/experiments/base-experiment-cern-succeeds-transporting-antimatter

[2]https://www.newscientist.com/article/2520160-inside-the-worlds-first-antimatter-delivery-service/

[3]https://www.nature.com/articles/s41586-025-08926-y

作者：张一凡

审核：刘颖 李培元 张超 杨柳

审核专家：梁文杰 中科院物理研究所 研究员

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