反超氫-4！科學(xué)家觀測(cè)到迄今最重反物質(zhì)超核

記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉，在近期由我國(guó)科研人員主導(dǎo)的一項(xiàng)國(guó)際合作研究中，團(tuán)隊(duì)在相對(duì)論重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)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，有助于探索反物質(zhì)及正反物質(zhì)對(duì)稱性的更多奧秘。

該研究由中國(guó)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，相關(guān)成果8月21日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

重離子碰撞產(chǎn)生反超氫-4示意圖。（中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所供圖）

仇浩介紹，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(duì)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)。反物質(zhì)是物質(zhì)的“反狀態(tài)”，當(dāng)正反物質(zhì)相遇時(shí)，雙方就會(huì)相互湮滅抵消。幸運(yùn)的是，某種神秘的物理機(jī)制導(dǎo)致了早期宇宙中正反物質(zhì)數(shù)量極小的不對(duì)稱，在絕大部分正反物質(zhì)湮滅后，約百億分之一的物質(zhì)得以“存活”下來(lái)，構(gòu)成了今天的物質(zhì)世界。

正反物質(zhì)性質(zhì)對(duì)稱的認(rèn)知是否正確？是什么原因造成了宇宙中正反物質(zhì)數(shù)量的差別？要回答這些問(wèn)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)。

然而，反物質(zhì)非常罕見(jiàn)，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（即包含超子的原子核），則更加難以產(chǎn)生。此前，科學(xué)家僅發(fā)現(xiàn)了6種反物質(zhì)原子核和反物質(zhì)超核。

反超氫-4是研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)上開(kāi)展的對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的，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。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)，最終獲得了約16個(gè)反超氫-4的信號(hào)。

團(tuán)隊(duì)還測(cè)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(cè)量精度范圍內(nèi)兩者壽命沒(méi)有明顯差異，再次驗(yàn)證了正反物質(zhì)性質(zhì)的對(duì)稱性。