中外科學家捕獲最重反物質原子核反氦4

　　近日，由中國科學家參加的相對論重離子對撞機（RHIC）-螺旋管徑跡探測器（STAR）國際合作組，探測到氦核的反物質粒子——反物質氦4核。這種新型粒子是迄今為止所能探測到的最重的反物質原子核。　　

　　這項成果于4月24日發表在最新一期《自然》雜志上。“這是中美科學家國際合作的成功典范。”中科院上海應用物理研究所研究員、STAR中國合作組召集人馬余剛表示。　

　　STAR合作組由來自12個國家的54個科研單位組成，中國成員包括中科院上海應用物理研究所、中國科技大學、中科院近代物理研究所、清華大學等。　　

　　由中國國家自然科學基金委、中國科技部、中科院和美國能源部共同出資研制、并于2009年安裝在STAR上的大型飛行時間探測裝置（TOF），在反物質氦4的鑒別過程中發揮了關鍵作用，尤其是對高橫向動量區間的反氦4與反氦3的質量鑒別。　　

　　美國布魯克海文國家實驗室的RHIC利用兩束接近于光速的金核對撞來模擬宇宙大爆炸，這種碰撞產生大約等量的夸克和反夸克物質，其中部分穩定的反物質可在和正物質湮滅之前在STAR中留下清晰的信號。　　

　　通過篩選10億次碰撞事例中產生的5000億個帶電粒子，STAR合作組利用TOF探測到了18個反氦4信號。這種穩定的反物質原子核包含兩個反質子和兩個反中子，電荷是電子的2倍，質量是質子的4倍。　　

　　科學家同時測量了反氦4在原子核對撞中的產生率，發現和夸克統計組合模型所預測的非常接近。在上萬億度的高溫快速擴散且存活時間不足萬億分之一秒的熱密物質中，能在實驗中捕獲到由12個反物質夸克組成一個復雜的反物質原子核，并且證實了理論預測，確實是一件不可思議的事情。　　

　　反氦4很可能是未來很長一段時間內所能探測到的最重反物質原子核，因為下一個更重的穩定反物質原子核產生的可能性是反氦4的百萬分之一，以現在的加速器技術幾乎不可能實現。　　

　　中美TOF合作項目的聯系人、美國加州大學洛杉磯分校教授黃煥中說：“尋找反氦4和其他奇異物質是TOF項目的立項物理目標之一。我們不僅出色完成硬件裝置，而且此發現為實現TOF的物理目標開啟了一個很好的開端。”　　

　　“中國科學家隊伍在這個重要發現中作出了杰出的貢獻。”馬余剛認為，一方面該發現依賴于中國合作組研制的性能優異的TOF；另一方面，該發現得益于布魯克海文實驗室物理學家唐愛洪（文章投稿作者）的“高階觸發”（High Level Trigger）技術，這項技術使在海量數據中實時挑選出含有反氦4的碰撞事例成為可能。　　

　　“繼去年STAR合作組發現反物質超氚核后，這次反氦4是又一重要里程碑式的突破性進展。在這兩個重要發現中，中國核物理學家隊伍都起到了極為關鍵的作用，突顯了基于大科學基礎研究的國際合作的重要性。”中科院院士、國家自然科學基金委副主任沈文慶高度評價了該項成果。