歐洲核子研究中心(CERN)的ASACUSA合作項目報告稱，一個含有反質子（質子的反物質等價物）的物質-反物質混合氦原子在浸入超流體氦中時對激光有意外的反應。2022年3月16日發表在《自然》上的一篇論文描述了這一結果，而這將可能為幾條研究路線打開大門。

ASACUSA聯合發言人Masaki Hori說道：“我們的研究表明，混合物質-反物質氦原子可以在粒子物理學之外使用，特別是在凝聚物質物理學，甚至可能在天體物理學實驗中使用。我們可以說已經在使用反質子研究凝聚態物質方面邁出了第一步。”

ASACUSA合作項目很習慣於製造物質-反物質混合氦原子以確定反質子的質量並跟質子的質量進行比較。這些混合原子包含一個反質子和一個圍繞氦核的電子，是通過將歐洲核子研究中心反物質工廠生產的反質子跟原子密度低且保持低溫的氦氣混合而成。

低氣體密度和溫度在這些反物質研究中發揮了關鍵作用，這些研究涉及到測量混合原子對激光的反應，以此來確定其光譜。高氣體密度和溫度導致光譜線，而這些光譜線是由反質子或電子在不同能級之間的轉換引起的，它們太寬，甚至被遮擋，進而無法確定反質子相對於電子的質量。

這就是為什麼ASACUSA的研究人員感到驚訝的原因，當他們在新研究中使用密度比氣態氦高得多的液態氦時，他們看到反質子譜線的寬度有所下降。

此外，當他們把液態氦的溫度降低到低於液體成為超流體的溫度時，即沒有任何阻力的流動，他們發現光譜線會突然進一步變窄。

Anna Sótér說道：“這種行為是出乎意料的。混合氦原子在超流體氦中的光學反應跟同一混合原子在高密度氣態氦中的反應以及許多正常原子在液體或超流體中的反應截然不同。”據悉，Sótér是該實驗的主要博士生，現在是ETHZ的助理教授。

研究人員認為，觀察到的行為跟電子軌道的半徑有關，即混合氦原子的電子所處的距離。跟許多正常原子相比，當激光照射在原子上時，混合原子的電子軌道半徑變化很小，因此即使原子浸在超流體氦中也不會影響光譜線。然而還需要進一步的研究來證實這一假說。

這一結果有幾個方面的影響：首先，研究人員可能會在超流體氦氣中使用不同的反物質和外來粒子創造其他混合氦原子如離子氦原子，以詳細研究它們對激光的反應並測量粒子的質量；其次，超流體氦中光譜線的大幅變窄表明，混合氦原子可用於研究這種形式的物質並可能用於研究其他凝聚態物質相；最後，狹窄的光譜線原則上可用於搜索速度特別低的宇宙反質子或反氘子（由一個反質子和一個反中子組成的核），這些反質子或反氘子擊中了用於冷卻太空或高空氣球中的實驗的液體或超流體氦氣。然而，在該方法成為搜索這些形式的反物質的現有技術的補充之前，研究人員必須要克服許多技術挑戰。