德國的研究人員在合成反氫方面邁出了重要一步，成功地將重鈣離子與輕質電子同時限制在同一個捕獲裝置中，儘管這兩者的需求迥然不同。這個由約翰·古騰堡大學的物理學教授德米特里·布德克（Dmitry Budker）領導的團隊，開發了一種雙頻捕獲裝置，能夠同時捕獲這兩種粒子。
長久以來，物理學家一直使用無線電頻率捕獲裝置，亦即保羅捕獲器來捕獲特定粒子。海爾姆霍茲研究所的高級科學家亨德里克·貝克（Hendrik Bekker）表示，這些裝置通常僅限於單一頻率。這一發現可能使反氫的生產不再局限於像CERN這樣的設施，因為反氫的創造需要同時捕獲反質子和正電子。CERN的反物質工廠（AMF）目前是全球唯一能夠生產和捕獲大量反氫進行研究的實驗室。
在這項研究中，捕獲裝置的雙頻設計使得能夠在三維空間內使用振盪電場限制帶電粒子。然而，這些系統通常僅能在單一頻率運行，這限制了它們同時捕獲多種類型粒子的能力。創造反氫的過程需要將反質子和正電子聚集在一起，這兩者在質量和行為上有很大差異。由於正電子的質量較低，它們需要高頻（吉赫茲）電場來保持穩定，而反質子則使用較低的兆赫茲頻率進行限制。
為了解決這一挑戰，研究團隊設計了一個能夠產生這兩種頻率範圍的捕獲裝置。他們使用電子和重鈣離子作為反質子和正電子的替代物。貝克及其同事利用三個印刷電路板（PCB）疊加在一起，並用陶瓷間隔器隔開。中央的電路板配備了共面波導共振器，能產生捕獲電子所需的吉赫茲頻率電場，而上下兩個PCB則具有分段的直流電極，適用於施加捕獲離子所需的低頻兆赫茲電場。
這些粒子是通過使用兩步激光方案（423和390納米）對中性鈣原子進行光電離產生的。貝克表示，粒子在雙捕獲裝置中可以捕獲數毫秒或數秒，然後通過直流脈衝提取以進行檢測。這項技術使得研究團隊能夠成功儲存電子或離子，但同時捕獲兩者仍然是一大挑戰。
儘管存在困難，研究團隊仍然希望利用這個捕獲裝置將反質子和正電子結合成反氫。貝克強調，反氫在反物質研究中如同聖杯，其獨特的簡單組成——一個反質子和一個正電子，使得我們能夠相對輕鬆地生成它。此外，這一概念還可以用來探索其他基本問題，例如理論物理告訴我們，正電子應該能夠與原子結合，即使只有短暫的一瞬間。
這項研究的成果已發表在《物理評論 A》期刊上，進一步推動了反物質研究的進展。
