发布时间:2024-09-12 05:42:37 来源: sp20240912
宇宙诞生之初,物质和反物质的性质应该是对称的、数量应该是等量的。但现在的宇宙,却难以找到反物质。反物质为什么消失了?科学家们尝试在实验室中制造新的反物质并研究它们的性质。在中国科学家主导完成的一项国际合作实验中,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(即包含超子的原子核)——反超氢-4,这是迄今实验中发现的最重的反物质超核。
这一实验是螺旋径迹探测器(STAR)大型国际实验合作组,在美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)上进行的,物理分析由中国科学院近代物理研究所仇浩研究员团队主导完成。相关成果于8月21日发表在国际学术期刊《自然》上。
仇浩介绍,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。“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,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,科学家仅发现了6种反物质(超)核。”
RHIC能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,被环绕对撞点的探测器观测到。
“非常幸运地,我们观测到了反超氢-4。”仇浩说,反超氢-4由一个反质子、两个反中子和一个反Lambda超子组成。由于包含不稳定的反Lambda超子,反超氢-4飞行仅仅几厘米后就会发生衰变。研究团队分析了共约66亿个重离子碰撞事件的实验数据,最终获得了约16个反超氢-4的信号。研究团队还进一步测量了反超氢-4的寿命,并与其对应的正粒子超氢-4比较,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。(记者齐芳)
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