2026 年 3 月 24 日，日內(nèi)瓦郊外的歐洲核子研究中心（CERN）園區(qū)內(nèi)，一輛白色廂式卡車緩緩駛出一棟不起眼的實(shí)驗(yàn)大廳。車身側(cè)面印著一行字：“Antimatter in motion”，反物質(zhì)，在路上。

卡車最高時(shí)速 42 公里，走了大約 8 公里，繞園區(qū)轉(zhuǎn)了一圈，半小時(shí)后回到起點(diǎn)。沿途不少 CERN 員工舉著手機(jī)拍照?？ㄜ囃７€(wěn)后，研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)貨物完好無損，隨即開了香檳。

圖丨那臺運(yùn)輸反物質(zhì)的卡車（來源：CERN）

這批“貨物”是 92 個(gè)反質(zhì)子，裝在一個(gè)重約一噸的低溫磁阱里。外表看上去就是一個(gè)普普通通的大號金屬柜子。但它完成了一件人類從未做過的事：把反物質(zhì)從實(shí)驗(yàn)室里搬出來，裝上車，在公共道路上運(yùn)輸，再搬回去，全程沒有丟失一個(gè)粒子。

“這是人類從未做過的事情，這是歷史性的，”BASE 實(shí)驗(yàn)發(fā)言人、海因里?！ずＤ髮W(xué)（HHU）物理學(xué)家 Stefan Ulmer 說。

圖丨 Stefan Ulmer（來源：WikiPedia）

說它歷史性的，是因?yàn)榉次镔|(zhì)大概是人類已知最難搬運(yùn)的東西。問題不在包裝，不在道路顛簸，而是這種物質(zhì)本身的根本特性決定了它不能碰到任何東西，包括空氣分子、容器內(nèi)壁，乃至一粒塵埃。

反物質(zhì)是物質(zhì)的鏡像。每一種基本粒子都有一個(gè)對應(yīng)的反粒子，質(zhì)量相同，電荷相反，磁矩相反。反質(zhì)子是質(zhì)子的鏡像，正電子是電子的鏡像。當(dāng)一個(gè)粒子遇到它對應(yīng)的反粒子時(shí)，兩者會(huì)瞬間湮滅，全部質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。這個(gè)過程遵循愛因斯坦的質(zhì)能方程 E=mc2，效率是 100%，沒有任何化學(xué)反應(yīng)或核反應(yīng)能與之相比。

這意味著，你不能把反物質(zhì)放在任何普通容器里。玻璃瓶不行，金屬罐不行，任何由普通物質(zhì)構(gòu)成的東西都不行。反物質(zhì)粒子一旦碰到容器壁上的原子，雙方立刻同歸于盡。

圖丨物質(zhì)和反物質(zhì)（來源：Big Think）

所以儲(chǔ)存反物質(zhì)的唯一辦法，是讓它懸浮在真空中，完全不接觸任何物質(zhì)表面，用電場和磁場把它“托”在半空。CERN 的 BASE 實(shí)驗(yàn)此前創(chuàng)下過將反質(zhì)子在這樣的阱中連續(xù)保存超過 600 天的紀(jì)錄，這已經(jīng)是實(shí)驗(yàn)物理中真空和磁場控制技術(shù)的極限了，BASE 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的真空度達(dá)到 5×10?1? 毫巴，是地球上有記錄以來最好的真空環(huán)境。

把反物質(zhì)“關(guān)”住已經(jīng)極難，把它帶著走則是另一個(gè)量級的挑戰(zhàn)。固定在實(shí)驗(yàn)室里的磁阱可以接入穩(wěn)定的電源、冷卻系統(tǒng)和真空泵；一旦上了卡車，所有這些都必須自帶，而且要在顛簸、振動(dòng)、溫度波動(dòng)的條件下持續(xù)運(yùn)行。超導(dǎo)磁體需要維持在 8.2 開爾文（約零下 265 攝氏度）以下才能工作，液氦冷卻系統(tǒng)不能斷，真空不能漏，供電不能停。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題，反質(zhì)子就會(huì)碰到普通物質(zhì)，瞬間消失。

CERN 也是目前全球唯一能夠生產(chǎn)、存儲(chǔ)和研究低能反質(zhì)子的地方。它的“反物質(zhì)工廠”利用反質(zhì)子減速器（Antiproton Decelerator，AD）和超低能反質(zhì)子環(huán)（Extra Low Energy Antiproton ring，ELENA）兩臺設(shè)備，把高速產(chǎn)生的反質(zhì)子逐步減速到可以被捕獲的能量水平。整個(gè)過程中絕大多數(shù)粒子會(huì)丟失，產(chǎn)量極低。

圖丨CERN 的反物質(zhì)工廠（來源：CERN）

要知道，CERN 全力運(yùn)轉(zhuǎn)一年，產(chǎn)出的全部反質(zhì)子加在一起，湮滅釋放的能量大約相當(dāng)于 500 焦耳，夠讓一個(gè) 100 瓦燈泡亮 5 秒鐘。反物質(zhì)之所以被稱為“地球上最昂貴的物質(zhì)”，原因就在這里。

NASA 曾在 1999 年估算反氫的生產(chǎn)成本約為每克 62.5 萬億美元。不管這個(gè)數(shù)字的精確度如何，數(shù)量級是對的：以人類目前的技術(shù)，制造宏觀量級的反物質(zhì)在經(jīng)濟(jì)上完全不可行。

那為什么還要費(fèi)這么大勁去運(yùn)輸它？

答案藏在一個(gè)聽起來很小、實(shí)際上影響巨大的技術(shù)瓶頸里。

CERN 的反物質(zhì)工廠雖然是全球唯一的反質(zhì)子來源，但它同時(shí)也是一個(gè)極其“嘈雜”的電磁環(huán)境。大廳里運(yùn)行著粒子加速器和各種重型設(shè)備，它們產(chǎn)生的磁場波動(dòng)雖然極其微弱，大約在十億分之一特斯拉的量級，比地球磁場小兩萬倍，但對于 BASE 這樣追求極端精度的實(shí)驗(yàn)來說，這些波動(dòng)已經(jīng)構(gòu)成了非常大的障礙。

“反物質(zhì)工廠里的機(jī)器和設(shè)備產(chǎn)生的磁場波動(dòng)，限制了我們能把精密測量推進(jìn)到多遠(yuǎn)，”Stefan Ulmer 解釋道?！癇ASE 的測量精度已經(jīng)達(dá)到了這樣的水平：要想更深入地理解反質(zhì)子的基本性質(zhì)，就必須把實(shí)驗(yàn)搬出這棟樓?！?/p>

這里說的“基本性質(zhì)”，指的是反質(zhì)子的磁矩、電荷質(zhì)量比這類物理量。BASE 實(shí)驗(yàn)此前已經(jīng)將反質(zhì)子磁矩的測量精度推到了十五億分之一的水平，電荷質(zhì)量比的精度則達(dá)到了十六萬億分之一。這些數(shù)字聽起來已經(jīng)很驚人了，但物理學(xué)家們需要的精度還要再高兩到三個(gè)數(shù)量級。

精度為什么如此重要？因?yàn)槲锢韺W(xué)家想要找的東西，就藏在物質(zhì)和反物質(zhì)之間那些極其微小的差異里。

根據(jù)粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，大爆炸應(yīng)該產(chǎn)生了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。如果兩者的性質(zhì)完全對稱，它們就會(huì)徹底湮滅，宇宙中什么都不會(huì)剩下，沒有星系，沒有恒星，沒有行星，沒有我們。但我們的宇宙顯然存在，而且?guī)缀跬耆晌镔|(zhì)構(gòu)成，反物質(zhì)極為罕見。這是現(xiàn)代物理學(xué)最根本的未解之謎之一：反物質(zhì)去哪了？

如果反質(zhì)子和質(zhì)子的某個(gè)基本性質(zhì)存在哪怕極其微小的差異，就可能打破物質(zhì)和反物質(zhì)之間的完美對稱，進(jìn)而解釋為什么宇宙偏向了物質(zhì)一邊。而要發(fā)現(xiàn)這種差異，就需要把測量精度再往前推幾個(gè)數(shù)量級。

而這就是將反物質(zhì)運(yùn)出反物質(zhì)工廠的主要原因。不是為了運(yùn)輸本身，而是因?yàn)檫\(yùn)輸是解鎖下一代精密測量的前提。把反質(zhì)子送到一個(gè)電磁環(huán)境安靜的實(shí)驗(yàn)室，測量精度有望提升一百倍甚至一千倍。這個(gè)量級的精度躍升，可能足以揭示物質(zhì)和反物質(zhì)之間此前看不到的差異，當(dāng)然，前提是這種差異存在的話。

而且，如果反物質(zhì)可以被常規(guī)運(yùn)輸，CERN 就不再是唯一能做反物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的地方。德國的海因里?！ずＤ髮W(xué)、漢諾威萊布尼茨大學(xué)，以及其他具備精密測量能力的歐洲實(shí)驗(yàn)室，都有可能獲得反質(zhì)子樣本，獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)。用丹麥奧胡斯大學(xué) ALPHA 實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人 Jeffrey Hangst 的話來說，這次運(yùn)輸成功“為未來許多年的精密測量打開了大門，因?yàn)榉次镔|(zhì)研究不再受限于反物質(zhì)工廠大廳里的噪聲”。

實(shí)現(xiàn)這一切的核心設(shè)備，是 BASE 團(tuán)隊(duì)從 2018 年開始研發(fā)的 BASE-STEP（Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons，便攜式反質(zhì)子對稱性測試實(shí)驗(yàn)）。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、HHU 物理學(xué)家 Christian Smorra 說，最初的想法很簡單，就是做一個(gè)能塞進(jìn)汽車后備箱的裝置?！暗?dāng)你開始研究細(xì)節(jié)，弄清楚建造這個(gè)阱到底需要什么的時(shí)候，它就越變越大?！弊罱K成型的設(shè)備重約一噸，需要用吊車裝卸。不過，Smorra 補(bǔ)充說，它至少還能穿過一扇標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室門。

圖丨BASE-STEP（來源：CERN）

BASE-STEP 的核心是一個(gè)低溫彭寧阱（Penning trap），利用超導(dǎo)磁體和電場將帶電的反質(zhì)子束縛在真空中旋轉(zhuǎn)，懸浮在空間里不接觸任何表面。整個(gè)系統(tǒng)包括超導(dǎo)磁體（占了設(shè)備重量的大部分，約 600 公斤）、液氦低溫冷卻系統(tǒng)、電力儲(chǔ)備和超高真空腔體。

在這次測試中，92 個(gè)反質(zhì)子被捕獲后，設(shè)備從反物質(zhì)工廠的實(shí)驗(yàn)裝置上斷開連接，用吊車吊上卡車，沿 CERN 園區(qū)道路行駛了約半小時(shí)，然后運(yùn)回原處重新接入。整個(gè)操作過程從裝載到卸載歷時(shí)約三個(gè)小時(shí)。全程反質(zhì)子保持穩(wěn)定，沒有發(fā)生任何湮滅事件。

這只是第一步。Smorra 和團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是把反質(zhì)子送到 HHU 的專用精密測量實(shí)驗(yàn)室，車程大約 8 小時(shí)。這意味著超導(dǎo)磁體需要在 8.2 開爾文以下連續(xù)維持至少 8 小時(shí)，僅靠液氦儲(chǔ)備不夠，還需要在卡車上安裝發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)低溫冷卻器。團(tuán)隊(duì)目前正在評估這個(gè)方案的可行性。

而即便解決了運(yùn)輸途中的溫度問題，到達(dá)目的地后還有一個(gè)更棘手的挑戰(zhàn)：如何把反質(zhì)子從運(yùn)輸阱轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)裝置中，而不讓它們消失。這個(gè)“最后一步”的技術(shù)方案尚未完全驗(yàn)證。

另一個(gè)現(xiàn)實(shí)約束是時(shí)間。CERN 即將進(jìn)入大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）的升級改造期，大部分設(shè)施將關(guān)閉運(yùn)行，預(yù)計(jì)到 2028 年底才會(huì)完成。這也將導(dǎo)致 BASE-STEP 的長距離運(yùn)輸測試可能要等到那之后才能獲得新的反質(zhì)子供應(yīng)。

不過對 Smorra 來說，3 月 24 日這一天已經(jīng)足夠了。三十多年前建造反物質(zhì)工廠的物理學(xué)家們曾經(jīng)夢想過，有一天反物質(zhì)或許可以被帶出實(shí)驗(yàn)室。Smorra 說，現(xiàn)在這件事終于成為了現(xiàn)實(shí)。

92 個(gè)反質(zhì)子，裝在一個(gè)一噸重的磁場瓶子里，由一輛普通卡車以 42 公里的時(shí)速運(yùn)送。如果這些反質(zhì)子全部湮滅，釋放的能量大約只相當(dāng)于一百萬分之一焦耳，比一秒鐘照在皮膚上的陽光還要弱十億倍。但這次運(yùn)輸證明了一件事：人類可以把宇宙中最脆弱的物質(zhì)帶著走。接下來要走的路，是從 CERN 到杜塞爾多夫的 8 小時(shí)車程，以及從已知物理學(xué)到未知物理學(xué)之間那段還看不清終點(diǎn)的距離。

參考資料：

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/

運(yùn)營/排版：何晨龍