近日,，中國科學(xué)院近代物理研究所等機(jī)構(gòu)的科研人員參與RHIC-STAR國際合作實(shí)驗(yàn)研究,，首次在相對論重離子金金碰撞中觀測到一種新的反物質(zhì)超核——反超氫-4，這是迄今實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的最重的反物質(zhì)超核,。相關(guān)成果于8月21日發(fā)表在《自然》雜志上,。

當(dāng)前的物理學(xué)知識認(rèn)為，物質(zhì)和反物質(zhì)的性質(zhì)是對稱的,，在宇宙誕生之初應(yīng)該存在等量的正物質(zhì)和反物質(zhì)。幸運(yùn)的是,，某種神秘的物理機(jī)制導(dǎo)致了早期宇宙中正反物質(zhì)數(shù)量極小的不對稱,，在絕大部分正反物質(zhì)湮滅后，約百億分之一的正物質(zhì)得以存活下來,，構(gòu)成了今天的物質(zhì)世界,，并成為人類文明誕生和存在的基礎(chǔ)。是什么原因造成了宇宙中正反物質(zhì)數(shù)量的差別,？要回答這個懸而未決的問題,，一個重要的思路是在實(shí)驗(yàn)室中制造新的反物質(zhì)并研究它們的性質(zhì)。

反物質(zhì)非常罕見,，而由若干反重子進(jìn)一步組合形成的反物質(zhì)原子核和反物質(zhì)超核（即包含Lambda等超子的原子核）,，則更加難以產(chǎn)生。自1928年狄拉克方程的“負(fù)能量解”預(yù)示反物質(zhì)的存在以來,，近一個世紀(jì),，科學(xué)家僅發(fā)現(xiàn)了6種反物質(zhì)（超）核。

此次發(fā)現(xiàn)的反超氫-4是在相對論重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的,。位于美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的相對論重離子對撞機(jī)（RHIC）,，能將重離子束加速至接近光速并使其對撞，在實(shí)驗(yàn)室中模擬宇宙早期大爆炸的狀態(tài),。這種對撞能產(chǎn)生幾萬億度的高溫火球,，包含幾乎等量的正物質(zhì)與反物質(zhì)。火球迅速膨脹,、冷卻,，使得一部分反物質(zhì)有機(jī)會逃離與正物質(zhì)湮滅的命運(yùn)，被環(huán)繞對撞點(diǎn)的“STAR”實(shí)驗(yàn)探測器觀測到,。

反超氫-4由一個反質(zhì)子,、兩個反中子和一個反Lambda超子組成。由于包含不穩(wěn)定的反Lambda超子,，反超氫-4飛行僅僅幾個厘米后就會發(fā)生衰變,。研究團(tuán)隊分析了共約66億個重離子碰撞事件的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過衰變產(chǎn)生的反氦-4和π+介子反向重建反超氫-4,，最終獲得了約16個反超氫-4的信號,。

研究團(tuán)隊還測量了反超氫-4的壽命，并與其對應(yīng)的正粒子超氫-4比較,，在測量精度范圍內(nèi)兩者壽命沒有明顯差異,，再次驗(yàn)證了正反物質(zhì)性質(zhì)的對稱性。

反超氫-4是目前科學(xué)家觀測到的最重的反物質(zhì)超核,。它的發(fā)現(xiàn)和性質(zhì)研究,，使人們在反物質(zhì)及正反物質(zhì)對稱性的探索方面又邁出了重要一步。

“STAR”是“RHIC”上的大型國際實(shí)驗(yàn)合作組,，由來自14個國家,、74個單位的700多位研究人員組成。該工作由中國科學(xué)院近代物理研究所仇浩研究員團(tuán)隊主導(dǎo)完成,，博士生吳俊霖,、路坦在物理分析中做出了突出貢獻(xiàn)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊在衰變粒子重建技術(shù)及效率計算方面做出了重要貢獻(xiàn),。

該工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng),、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊等項(xiàng)目的支持,。

（本文系由市科技局支持,、《蘭州晚報》開設(shè)的“創(chuàng)新領(lǐng)航”專欄第79期。）

蘭州日報社全媒體記者 何燕 通訊員 尹經(jīng)敏 趙亮 中國科學(xué)院近代物理所供圖

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