中國科學院近代物理研究所等機構的科研人員首次在相對論重離子金金碰撞中，觀測到一種新的反物質超核——反超氫-4，這是迄今實驗上發(fā)現(xiàn)的最重的反物質超核。相關成果于8月21日發(fā)表在《自然》雜志上。
當前的物理學知識認為，物質和反物質的性質是對稱的，在宇宙誕生之初應該存在等量的正物質和反物質。但由于某種神秘的物理機制，導致了早期宇宙中正反物質數(shù)量極小的不對稱，在絕大部分正反物質湮滅后，約百億分之一的正物質得以存活，構成了今天的物質世界，并成為人類文明誕生和存在的基礎。是什么原因造成了宇宙中正反物質數(shù)量的差別？要回答這個問題，一個重要的思路是在實驗室中制造新的反物質，并研究它們的性質。
反物質十分罕見，而由若干反重子進一步組合形成的反物質原子核和反物質超核則更加難以產生。近一個世紀，科學家僅發(fā)現(xiàn)了6種反物質（超）核。
此次發(fā)現(xiàn)的反超氫-4是在相對論重離子碰撞實驗中產生的。位于美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機，能將重離子束加速至接近光速并使其對撞，在實驗室中模擬宇宙早期大爆炸的狀態(tài)。這種對撞能產生幾萬億攝氏度的高溫火球，包含幾乎等量的正物質與反物質?；鹎蜓杆倥蛎?、冷卻，使得一部分反物質有機會逃離與正物質湮滅的命運，被環(huán)繞對撞點的STAR實驗探測器觀測到。
反超氫-4由一個反質子、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飛行僅僅幾厘米后就會發(fā)生衰變。研究團隊分析了共約66億個重離子碰撞事件的實驗數(shù)據，最終獲得了約16個反超氫-4的信號。對反超氫-4壽命的測量表明，和與其對應的正粒子超氫-4相比，兩者壽命沒有明顯差異，再次驗證了正反物質性質的對稱性。
反超氫-4是目前科學家觀測到的最重的反物質超核。它的發(fā)現(xiàn)和性質研究，使人們在反物質及正反物質對稱性的探索方面又邁出了重要一步。
STAR是相對論重離子對撞機上的大型國際實驗合作組，由來自14個國家、74個單位的700多位研究人員組成。本研究工作由中國科學院近代物理研究所研究員仇浩團隊主導完成，該所博士生吳俊霖、路坦在物理分析中作出了突出貢獻，中國科學技術大學團隊在衰變粒子重建技術及效率計算方面作出了重要貢獻。
責任編輯：陳曉芳
