来自STAR合作的研究人员在相对论重离子对撞机中发现了一种新的反物质超核，即反超氢-4，这是迄今为止发现的最重的反物质原子核。

这一里程碑式的成果有助于我们理解宇宙的物质与反物质不对称性，并研究为什么与物质相比，反物质在今天如此稀缺。

反物质研究取得重大突破

来自STAR合作组织的物理学家首次观察到了反超氢-4，这是一种新的反物质超核。迄今为止，这是实验中发现的最重的反物质超核。这项由中国科学院近代物理研究所（IMP）研究人员领导的研究于8月21日发表在《自然》杂志上。

目前的物理学认为物质和反物质的属性是对称的，在宇宙诞生之初存在着等量的物质和反物质。然而，某种神秘的物理机制导致了大多数物质和反物质的湮灭，只有大约十亿分之一的物质粒子幸存下来。这些粒子形成了我们今天看到的物质世界。

探索反物质的奥秘

“宇宙中物质和反物质的数量差异是由什么造成的？为了回答这个问题，一个重要的方法是在实验室中创造新的反物质并研究其特性，”中科院物理所邱浩教授说。

在当今物质主导的世界里，反物质极其罕见，因为它很容易与周围的物质相互湮灭。由多个反重子结合形成的反物质原子核和反物质超核（包含如Λ超子的超子的原子核）更难产生。自1928年狄拉克方程表明反物质的存在以来，近一个世纪以来，科学家仅发现了六种反物质（超）核。

反超氢-4 亮相

新发现的反超氚-4是在美国相对论重离子对撞机（RHIC）上产生的。RHIC可以将重离子束加速到接近光速，并使其发生碰撞。这些碰撞在实验室中模拟了早期宇宙的条件，产生了温度高达数万亿度的火球，其中物质和反物质的数量大致相等。随着火球的迅速膨胀和冷却，一些反物质逃脱了与物质的湮灭，并被STAR探测器探测到。

反超氢-4由一个反质子、两个反中子和一个反Λ超子组成。由于存在不稳定的反Λ超子，反超氢-4在行进仅几厘米后便衰变了。

反物质研究的意义

中科院物理所博士生吴俊林表示：“在分析了大约66亿个重离子碰撞事件的实验数据后，我们利用衰变产物反氦-4和π+介子重构了反超氢-4，并识别出了约16个反超氢-4的信号。”

研究人员还测量了反超氚-4的寿命，并与相应粒子超氚-4的寿命进行了比较，在测量精度的范围内没有发现显著差异，这进一步验证了物质和反物质属性之间的对称性。

反超氢-4的发现和研究标志着反物质探索和正反物质对称性理解方面的重大进步。

有关这一发现的更多信息，请参阅《原子粉碎机以发现最重的反物质打破纪录》。

参考：《STAR合作观测反物质超核4/（反）Λ（反）H》，2024年8月21日，《自然》。DOI: 10.1038/s41586-024-07823-0