反物質(zhì)研究重要發(fā)現(xiàn):科學家觀測到最重反物質(zhì)超核
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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?要回答這個懸而未決的問題,一個重要的思路是在實驗室中制造新的反物質(zhì)并研究它們的性質(zhì)。
來自中國科學院的最新消息說,該院近代物理研究所仇浩研究員團隊等最近在參與RHIC-STAR國際合作實驗研究中,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,這也是迄今實驗上發(fā)現(xiàn)的最重的反物質(zhì)超核。
反物質(zhì)研究領(lǐng)域這項重要研究發(fā)現(xiàn)及相關(guān)成果論文,北京時間8月21日夜間在國際著名學術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。
當前的物理學知識認為物質(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“負能量解”預(yù)示反物質(zhì)的存在以來近一個世紀,科學家僅發(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驗中產(chǎn)生的。位于美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC),能將重離子束加速至接近光速并使其對撞,在實驗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)有機會逃離與正物質(zhì)湮滅的命運,被環(huán)繞對撞點的STAR實驗探測器觀測到。
反超氫-4由一個反質(zhì)子、兩個反中子和一個反Lambda超子組成。由于包含不穩(wěn)定的反Lambda超子,反超氫-4飛行僅僅幾個厘米后就會發(fā)生衰變。研究團隊分析了共約66億個重離子碰撞事件的實驗數(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個反超氫-4的信號。
研究團隊還測量了反超氫-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,再次驗證了正反物質(zhì)性質(zhì)的對稱性。
科學家們表示,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大型國際實驗合作組由來自14個國家、74個單位的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隊主導(dǎo)完成,中國科學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;中國科學技術(shù)大學團隊在衰變粒子重建技術(shù)及效率計算方面做出重要貢獻。(完)
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