1955 年諾貝爾物理學獎授予兩名物理學家，一半授予了蘭姆（Willis Eugene Lamb），以表彰他在氫譜精細結構方面的發現；另一半則授予了庫什（Polykarp Kusech）以表彰他對電子矩陣所作的精密測定。
蘭姆在氫譜精細結構的研究中發現了蘭姆位移；庫什在精密測定電子矩陣中發現了反常電子矩陣。兩者都對量子電動力學的發展有著重大推動作用。
蘭姆移位（Lamb Shift），一般指氫原子的 2S（1/2）和 2P（1/2）這兩個能級間的微小能量差異，該差異最早由蘭姆和 Robert Retherford 於 1947 年在實驗中發現，曾在當時因與著名物理學家保羅 · 狄拉克（Paul Dirac）所提出的狄拉克方程（整合了量子力學與狹義相對論）的預期不符而引起轟動，直接促使了量子電動力學的誕生。
在量子電動力學中，這一能級差異被解讀為是由電子持續吸收並放出光子所導致的，而該理論也精確地提出了其中涉及的吸收及放出光子對電子磁動量影響的計算方法，計算結果也與實驗結果相符，而量子電動力學也因此被當今的物理學家們視為 20 世紀物理學的重大變革之一。
然而，雖然早在 1995 年科學家們就成功觀測到了反氫原子存在的跡象，但人們對反粒子的了解至今仍可謂是“知之甚少”。不過，就在一篇於近日發表在《自然》雜誌上的論文中，此前重新整理過反氫原子光譜觀測精度的歐洲核子研究組織的 ALPHA 專案團隊認為，他們已在近期的研究中於反氫原子內成功地觀測到了蘭姆移位。
根據標準模型，宇宙中存在著和粒子相對的反粒子，反粒子的品質與正粒子相同，但特定物理性質與正粒子相反（比如帶有電子的反粒子帶正電），在與正粒子相遇時會發生泯滅，僅留下能量。雖然宇宙大爆炸很可能產生了等量的正反粒子，但“為何是正粒子，也就是我們平常所稱的物質，最終在宇宙大爆炸後大量留存了下來。為什麼留下的不是反粒子”，這仍是當代物理學需要回答的基本問題之一，而與反粒子有關的研究則有希望為這一問題找到答案。
在研究中，ALPHA 專案團隊通過使用反質子減速器（Antiproton Decelerator）來提取反質子，然後將其與鈉 - 22 的正電子結合來製備反氫原子（氫原子由一個質子和一個電子構成，而反氫原子則由一個反質子和一個正電子構成），之後再將反氫原子 “鎖” 在位於一段長約 28 cm，直徑約 4 cm 的柱形空間內的磁井中（以防止與正離子發生相遇而泯滅消失），然後再用鐳射照射這些被捕獲的反氫原子，通過感測器收集其被鐳射照射後的反應，並最終將分析後的結果與氫的資料進行比較，然後再判斷研究所關注的反氫原子各項觀測結果是否與理論預期相符 。
根據論文中所闡述的實驗方法，ALPHA 專案團隊在此次研究中通過觀測反氫原子在特定能級下的精細結構（Fine Structure），測得反氫原子在單位磁場強度下的光致躍遷頻率，然後在 “Zeeman 效應和超精細結果作用機理” 成立的假設下，得出了 “蘭姆移位存在於反氫原子中” 的結論。
其最終資料顯示，計算所得出的能級差異結果與量子電動力學的理論預期值的吻合度高達約 98%，而結合該團隊此前已測得的高精度反氫原子 1S 到 2S 軌道能級的躍遷頻率，研究的資料分析表明其觀測結果與經典蘭姆移位理論所預期的反氫原子的該能級躍遷頻率值也大致相符，ALPHA 專案團隊也因此得以判定蘭姆移位確實有在此次的反氫原子觀測實驗中被觀測到。
圖 | ALPHA 實驗裝置外景（圖源：Alpha Experiment）
據悉，ALPHA 專案自 2007 年完成對反氫粒子建模，並提出實驗裝置設計方案已過去十多年，期間，該專案團隊一點一點從無到有地，從理論建模，裝置構想，如何捕捉反氫粒子，嘗試捕捉和如何檢測一路走來，最終在 2018 年實現了對反氫原子的創紀錄觀測精度，並在 2019 年後半年又取得了本篇論文所闡述的新突破，確可謂是“十年磨一劍”。
在應用方面，物理學家們能通過將此類針對反粒子的觀測結果與對應正粒子的資料進行比較，來檢驗宇宙對稱模型中一種名為 CPT 對稱（CPT 分別代表 Time 時間，Charge 電荷和 Parity 宇稱）的基本對稱性。
任何與標準模型、對稱理論不符的觀測結果都有可能會撼動現代粒子物理的基礎，而與標準模型、對稱理論相符的觀測結果則會進一步鞏固二者在現代物理學中的基石地位。更最重要的是，通過對結果進行分析並與理論預期進行比較，甚至在不符的情況發生時及時對理論進行修正，將有望能為回答 “何當前我們所能觀測到的宇宙大體由正粒子（也就是物質）構成” 這一問題提供線索。
雖然直到近幾年物理學家們才實現對反氫粒子的高精度觀測，但類似此次研究的現有反粒子高精度觀測實驗結果，無疑代表著目前 “對反氫原子建立嚴謹的光譜學” 已成為可能。
而也正如論文中所寫的那樣，此次的發現進一步證明了研究所採用的觀測方式的有效性，同樣的手法或能在未來也被用來對反氫粒子的其它性質也進行高精度觀測，而此次發現本身，也無疑能被看作是現代反粒子研究領域的一大進展。