美国加州大学河滨分校的物理学家大卫·卡斯迪（David Cassidy）和艾伦·米尔斯（Allen Mills）近日在《自然》杂志发表突破性成果，首次成功创造出由物质与反物质组成的短寿命分子——电子偶素分子（Ps2），解决了科学界长达60年的理论难题。

在物理学标准模型中，每种普通物质粒子都对应一个反粒子。例如，电子的反粒子是正电子。当电子与正电子相遇时会发生湮灭，释放能量。但在特殊条件下，电子与正电子可以结合形成类似氢原子的短暂原子——电子偶素（positronium）。早在20世纪40年代，理论物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）就预言电子偶素可进一步形成双原子分子（Ps2）甚至三原子分子（Ps3），但一直缺乏实验证据。

卡斯迪和米尔斯团队面临的核心挑战是：在自由空间中，两个电子偶素原子因能量过高难以稳定结合。他们创新性地设计了实验装置，先将约2000万个正电子限制在特殊容器中，并在极短时间内注入多孔硅土表面。硅土的纳米级孔洞促使正电子捕获电子形成电子偶素原子，同时硅土壁高效吸收剩余能量，使电子偶素原子得以结合，最终形成约10万个电子偶素分子（Ps2）。这些分子瞬间湮灭，释放出特征性伽马射线。通过分析射线温度曲线，研究人员首次确认了分子的存在。

该成果不仅验证了基础物理理论，还为理解宇宙中物质与反物质不对称性提供新视角。宇宙中物质远多于反物质，违背对称性法则，电子偶素分子的研究有望揭示这一奥秘。此外，该突破可能推动核聚变电力、定向能武器（如伽马射线激光）等前沿技术发展。在医学领域，正电子发射断层扫描（PET）已广泛应用正电子-电子湮灭原理进行三维成像，电子偶素分子的研究有望进一步提升PET成像分辨率与灵敏度。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学教授克利福德·苏尔库（Clifford Surko）评价道：“这项研究为我们理解物质和反物质提供了新方法，甚至可能催生更多反物质，推动重要新技术诞生。”

参考文献：
David Cassidy, Allen Mills, Nature, 2024.