重离子碰撞产生反物质超氢-4艺术图。 （中国科学院近代物理研究所提供）

　　近日，中国科学院近代物理研究所等机构的科研人员参与国际合作实验研究，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，这是迄今科学家观测到的最重反物质超核。相关成果21日深夜发表于国际知名学术期刊《自然》。

      
　　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了早期宇宙中正反物质数量极小的不对称，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留下来，构成了今天的物质世界，成为人类文明诞生和存在的基础。
      
　　是什么原因造成了宇宙中正反物质数量的差别？要回答这个悬而未决的问题，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更难产生。自1928年狄拉克方程的“负能量解”预示反物质存在以来，在近一个世纪的时间里，科学家仅发现了6种反物质（超）核。
      
　　美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）上正在运行目前世界上最高能量的重离子对撞实验（STAR）。RHIC-STAR是一个大型国际实验合作组，由来自14个国家、74个单位的700多名研究人员组成。
      
　　通过将重离子束加速至接近光速并使其对撞，RHIC-STAR让科学家在实验室中模拟宇宙早期大爆炸的状态。这种对撞能产生几万亿摄氏度的高温火球，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，从而被环绕对撞点的STAR实验探测器观测到。
      
　　这次发现的反超氢-4就是在该实验中产生。中国科学院近代物理研究所仇浩研究员团队主导了这次实验。在一次组会中，他发现有一组粒子分析数据中的正超氢-4粒子的信号要比预料的大四五倍。他意识到，这可能是一个发现反物质超氢-4的机会，于是着手开展研究，“有时，在科研中看到一些我们意料之外的东西，尽管大多数情况是实验有错，但也有可能预示着新发现的到来”。
      
　　论文主要作者、中科院近代物理研究所博士生吴俊霖介绍，反超氢-4由一个反质子、两个反中子和一个反λ超子组成。由于包含不稳定的反λ超子，反超氢-4飞行仅仅几厘米后就会发生衰变。“我们一共分析了约66亿个重离子碰撞事件的实验数据，通过衰变粒子的反向重建，最终获得了约16个反超氢-4的信号。”
      
　　研究团队还测量了反超氢-4的寿命，并与其对应的正粒子超氢-4比较，发现在测量精度范围内两者寿命没有明显差异，再次验证了正反物质性质的对称性。

　　（附：同日光明日报第8版刊载相同内容文章科学家观测到迄今最重反物质超核）

荐稿人：lry 2024-08-23　执行编辑：ych 2024-08-24　责任编辑：lxl 2024-08-25