反物質(zhì)研究重要發(fā)現(xiàn):科學(xué)家觀測到最重反物質(zhì)超核

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反物質(zhì)研究重要發(fā)現(xiàn):科學(xué)家觀測到最重反物質(zhì)超核

2024年08月21日 23:08 來源:中國新聞網(wǎng)
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視頻:反物質(zhì)研究重要發(fā)現(xiàn):科學(xué)家觀測到最重反物質(zhì)超核來源:中國新聞網(wǎng)

  中新網(wǎng)北京8月21日電 (記者 孫自法)是什么原因造成宇宙中正反物質(zhì)數(shù)量的差別?要回答這個(gè)懸而未決的問題,一個(gè)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)。

  來自中國科學(xué)院的最新消息說,該院近代物理研究所仇浩研究員團(tuán)隊(duì)等最近在參與RHIC-STAR國際合作實(shí)驗(yàn)研究中,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,這也是迄今實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的最重的反物質(zhì)超核。

重離子碰撞產(chǎn)生反物質(zhì)超氫-4的示意圖。中國科學(xué)院近代物理研究所/供圖

  反物質(zhì)研究領(lǐng)域這項(xiàng)重要研究發(fā)現(xiàn)及相關(guān)成果論文,北京時(shí)間8月21日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。

  當(dāng)前的物理學(xué)知識(shí)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)。不過,某種神秘的物理機(jī)制導(dǎo)致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)。

  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)6種反物質(zhì)(超)核。

  仇浩介紹說,此次最新發(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)生幾萬億攝氏度的高溫火球,包含幾乎等量的正物質(zhì)與反物質(zhì)。該火球迅速膨脹、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,最終獲得約16個(gè)反超氫-4的信號(hào)。

反氦-4與π+介子不變質(zhì)量譜中的反超氫-4信號(hào)。中國科學(xué)院近代物理研究所/供圖

  研究團(tuán)隊(duì)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。

  科學(xué)家們表示,反超氫-4是目前觀測到的最重的反物質(zhì)超核,其發(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重要一步。

  據(jù)了解,RHIC-STAR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。這次反超氫-4觀測發(fā)現(xiàn)及研究工作由仇浩團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)完成,中國科學(xué)院近代物理研究所博士生吳俊霖、路坦在物理分析中做出突出貢獻(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)算方面做出重要貢獻(xiàn)。(完)

【編輯:田博川】
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