反物質在粒子物理學中是反粒子概念的延伸，反物質是由反粒子構成的，如同普通物質是由普通粒子所構成的。例如一顆反質子和一顆反電子（通常稱為「正電子」）能形成一個反氫原子，如同電子和質子形成一般物質的氫原子。
此外，物質與反物質的結合，會如同粒子與反粒子結合一般，導致兩者湮滅，且因而釋放出高能光子（伽馬射線）或是其他能量較低的正反粒子對。正反物質湮滅所造成的粒子，賦予的動能等同於原始正反物質對的動能，加上原物質靜止質量與生成粒子靜質量的差，後者通常佔大部分。愛因斯坦相對論指出，質量與能量是等價的。
反物質無法在自然界找到，除非是在稍縱即逝的少量存在，例如因放射衰變或宇宙射線等現象。這是由於反物質若非存在於像物理實驗室的人工環境下，則無可避免地隨即與自然界的物質發生碰觸並湮滅。反粒子和一些穩定的反物質（例如反氫）可以人工製造出極少量，但卻不足以達到可對這些物質驗證其理論性的程度。
所以，要在反物質中驗證及測量其量子效應就更是難上加難。已經認知，量子效應存在於這些物質中，對其進行研究可以揭示物質行為與反物質之間尚未發現的差異。
最近，歐洲核子研究組織（CERN）的ALPHA合作組織利用反質子減速器實驗，首次測量了對氫的反物質對應物反氫能量結構中某些量子效應。這一首次測量結果與「正常」氫的影響的理論預測相符。該研究成果論文發表在今天的《自然》雜誌上。
研究人員說：「發現這兩種物質之間的任何差異都將動搖粒子物理學標準模型的基礎，而這些新的測量方法則探究了我們期待已久的反物質相互作用。」 「我們下一步是使用最先進的雷射冷卻技術來冷卻大量的氫樣品。這些技術將改變反物質的研究，並實現前所未有的高精度物質與反物質之間的比較。」
研究人員通過將反質子減速器提供的反質子與反電子結合來產生反氫原子。然後將它們限制在超高真空的磁阱中，以防止它們與物質接觸並湮滅。然後將雷射照到被捕獲的原子上以測量其光譜響應。這項技術有助於測量已知的量子效應這與原子某些能級上的微小裂變相對應，是首次在反氫原子中進行了測量。
這一首次測量結果與「正常」氫的影響的理論預測相符，研究發現，在精細結構分裂的實驗不確定性為2％，過去對於蘭姆位移的實驗不確定性為11％。
這一首次測量並為更精確地測量與探索有關物理基礎機理鋪平了道路。比如根據所獲得的新的認知，可用於幫助設計實驗將使用高功率雷射器來模擬脈衝星釋放的大量能量。從而可以從如上圖所示的計算機模擬中，可預測脈衝星周圍強大的磁場如何演化，有助於科學家了解在太空真空中可以在何處產生物質和反物質。
參考：The ALPHA Collaboration. "Investigation of the fine structure of antihydrogen", Nature (2020).