科學(xué)家觀測到迄今最重反物質(zhì)超核
中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 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(duì)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。
重離子碰撞產(chǎn)生反物質(zhì)超氫-4
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(gè)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(duì)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(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC),能將重離子束加速至接近光速并使其對(duì)撞,在實(shí)驗(yàn)室中模擬宇宙早期大爆炸的狀態(tài)。這種對(duì)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(huì)逃離與正物質(zhì)湮滅的命運(yùn),被環(huán)繞對(duì)撞點(diǎn)的STAR實(shí)驗(yàn)探測器觀測到。
反超氫-4由一個(gè)反質(zhì)子、兩個(gè)反中子和一個(gè)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(gè)厘米后就會(huì)發(fā)生衰變。研究團(tuán)隊(duì)分析了共約66億個(gè)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(gè)反超氫-4的信號(hào)。
研究團(tuán)隊(duì)還測量了反超氫-4的壽命,并與其對(duì)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(duì)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?cè)诜次镔|(zhì)及正反物質(zhì)對(duì)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(gè)國家、74個(gè)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(duì)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(duì)在衰變粒子重建技術(shù)及效率計(jì)算方面做出了重要貢獻(xiàn)。