科学家观测到迄今最重反物质超核
2024-08-22
中国科学院近代物理研究所等机构的科研人员参与RHIC-STAR国际合作实验研究，首次在相对论重离子金金碰撞中观测到一种新的反物质超核——反超氢-4。这是迄今实验上发现的最重的反物质超核。8月21日，相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。
当前的物理学知识认为，物质和反物质的性质是对称的，在宇宙诞生之初应该存在等量的正物质和反物质。幸运的是，某种神秘的物理机制导致早期宇宙中正反物质数量极少的不对称，在绝大部分正反物质湮灭后，约百亿分之一的正物质得以存活下来，构成了今天的物质世界，并成为人类文明诞生和存在的基础。是何原因造成宇宙中正反物质数量的差别？要回答这个问题，一个重要的思路是在实验室中制造新的反物质并研究它们的性质。
反物质非常罕见，而由若干反重子进一步组合形成的反物质原子核和反物质超核（即包含Lambda等超子的原子核），则更加难以产生。自1928年狄拉克方程的“负能量解”预示反物质的存在以来，近一个世纪以来科学家仅发现6种反物质（超）核。
此次发现的反超氢-4是在相对论重离子碰撞实验中产生的。位于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机，能够将重离子束加速至接近光速并使其对撞，在实验室中模拟宇宙早期大爆炸的状态。这种对撞能够产生几万亿度的高温火球，包含几乎等量的正物质与反物质。火球迅速膨胀、冷却，使得一部分反物质有机会逃离与正物质湮灭的命运，被环绕对撞点的STAR实验探测器观测到。