反物质有多容易形成？
反物质会像普通物质一样下落吗？欧洲核子研究中心（CERN）的反质子减速器AD/ELENA上的实验，正在用反氢检验物理学的基本对称性：反氢由一个反质子和一个正电子结合而成，是氢原子的镜像。其中，GBAR——“静止反物质的引力行为”（Gravitational Behaviour of Antimatter at Rest）——旨在测量反氢在地球引力场中的下落加速度。
GBAR的路线与众不同。其他实验是在阱中混合反质子和正电子来组装反氢。GBAR则计划利用电子偶素（Ps）进行两步电荷交换，电子偶素是由一个电子和一个正电子组成的奇特原子：
- p̄ + Ps → H̄ + e⁻：反质子夺取正电子，变成反氢；
- H̄ + Ps → H̄⁺ + e⁻：反氢再夺取第二个正电子，变成正离子。
这种离子可以用铍离子冷却，然后用激光剥离多余的正电子，留下温度约为10微开尔文的反氢原子——冷到足以进行自由落体实验。
弄清概率
2023年，该合作组已经证明第一步对基态电子偶素是可行的。但他们无法说出这一反应发生的可能性有多大——物理学家称这个量为截面，即反质子必须击中的有效靶面积。没有它，就没人能预测整个实验将产生多少原子。
普通物质中的对应反应——质子夺取正电子变成氢——此前只测量过一次，由梅里森（Merrison）及其同事于1997年在11至16千电子伏特之间完成。
微小空腔中的两束粒子
自2023年以来，团队已将产率提高了十倍。一边，来自一台小型加速器的正电子在阱中积累：每两分钟一次的两次反质子注入之间，大约积累3亿个。其中约1亿个到达一个宽约2毫米、长约2厘米的空腔，腔壁覆有多孔二氧化硅，可将其中一部分转化为电子偶素。每次注入都会留下一团约600万个电子偶素原子的半约束云。
另一边，ELENA提供每束1200万个反质子。GBAR将其减速、捕获、用电子冷却，然后以4或6千电子伏特的能量，把每束500万至600万个反质子射穿空腔，并精确计时，使其穿过电子偶素云。产生的反氢呈电中性：它会径直飞向下游1.6米处的探测器，而剩余的反质子则被偏转开。
数百个反原子，一个数字
通过比较数千次有正电子和无正电子的注入，探测器在6 keV下计得379 ± 35个反氢原子，在4 keV下计得69 ± 19个——校正探测器效率后分别约为392个和71个。再结合对所涉反质子和电子偶素原子数目的仔细计数，以及两个脉冲在空间和时间上的重叠程度，就得到了截面：
- 6.2 keV时为**(14.1 ± 1.3) × 10⁻¹⁶ cm²**；
- 4.15 keV时为**(8.7 ± 2.4) × 10⁻¹⁶ cm²**（统计不确定度；系统不确定度在论文中单独列出）。
这是首次用反质子束测量电荷交换截面，其不确定度小于1997年用普通物质进行的测量。
理论经受住了检验
早期基于所谓玻恩近似的计算结果彼此不一致——作者指出，这并不意外，因为在6 keV时，质心系中的碰撞能量只有约6.5电子伏特。两种现代方法完整求解了三体量子问题：收敛紧耦合方法（Convergent Close Coupling）和法捷耶夫–梅尔库里耶夫方程（Faddeev–Merkuriev equations）。二者彼此一致，并且据团队报告，与新数据“极为吻合”。
下一步：离子，然后是下落
这还不是对引力的检验。GBAR的下一步是测量第二个反应，即生成反氢离子的反应，首先从其普通物质类比反应入手，使用ELENA提供的负氢离子。两个反应速率合在一起，将决定实验能投放多少超冷原子——进而决定它能以多高的精度判断反物质是否像物质一样下落。