发现新的最重反物质原子核

反物质核以前从未见过，确实很奇怪！

两个金原子碰撞（左）可以产生一种特殊的反物质粒子。

图片来源：中国近代物理研究所提供

相对论重离子对撞机的科学家们发现了迄今为止发现的最重的反物质原子核，而且这是一个奇怪的原子核。甚至它的物质对应物也很奇怪，因为它包含一个由奇怪夸克组成的粒子。但在我们讨论所有这些奇怪的事情之前，让我们先分享一下这种新奇特粒子的名字：antihyperHydrogen-4。

原子核中心的粒子通常是质子和中子。它们是由夸克组成的。具体来说，它们是由上夸克和下夸克组成的。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子由两个下夸克和一个上夸克组成。但自然界中还有其他四种类型的夸克，尽管其中一些只能短暂存在并在非常高的能量下形成。所有这些夸克都有反夸克，质量相同但电荷相反。

其中一种较重的夸克称为奇异夸克，可用于制造各种被归类为广义超子的粒子。相对论重离子对撞机将原子粉碎在一起，重现大爆炸后最初瞬间的条件，并希望帮助研究人员理解物理学中最大的难题之一：为什么宇宙由物质而不是反物质主导。每次碰撞都会产生新的粒子，STAR Collaboration 的成员分析了 60 亿次粒子碰撞，以确定这种新的反物质原子核。

“我们关于物质和反物质的物理知识是，除了具有相反的电荷外，反物质具有与物质相同的特性——相同的质量、相同的衰变前寿命以及相同的相互作用，”STAR 合作者吴俊林，联合大学的研究生兰州大学核物理系和中国近代物理研究所（IMP）在一份声明中表示。 “为什么我们的宇宙由物质主导仍然是一个问题，我们不知道完整的答案。 ”

“要研究物质-反物质不对称性，第一步是发现新的反物质粒子，”吴在 IMP 的顾问 STAR 物理学家邱浩说。 “这就是这项研究背后的基本逻辑。 ”

所以，抗超氢4。该原子核由一个反质子、两个反中子和一个反λ（特定的反超子）组成。该实验此前已经产生了反氦-4，它由两个反质子和两个反中子组成，比反超氢稍轻。

布鲁克海文实验室物理学家、STAR 合作组织的两位联合发言人之一的 Lijuan Ruan 表示：“RHIC 碰撞中出现的这四种粒子靠得足够近，以至于它们可以结合形成这种反超核，这只是偶然的。”

这一发现的关键是该团队之前在反氦方面的经验。 AntihyperHydrogen-4 实际上衰变成 antihelium-4 和π介子（由夸克和反夸克组成的粒子）。研究小组观察了反氦粒子和正介子粒子的轨迹，如果它们在同一点开始，那么它们很可能是反超氢 4 衰变的产物。他们发现了 16 个可能是真正的反物质粒子的事件。

对它们性质的分析并没有显示出任何对宇宙对称性的直接破坏，因此我们还没有得到为什么宇宙是由物质而不是反物质组成的答案。我们知道物质和反物质之间必定存在差异。如果没有，我们就不会在这里，因为所有的物质和反物质都会湮灭并变成纯粹的能量。

那么这个区别在哪里呢？粒子以物理定律为基础的特定方式相互作用。这些定律尊重某些对称定律，科学家们会在那里寻找违反的地方。与物质相比，反物质的行为方式是否会使其生存的可能性更小？或者它的属性与理论不符？到目前为止，我们已经看到了一些暗示，但还没有看到具体的内容。寻找较重的粒子很重要，因为它们可以更容易地看到潜在的变化。

该研究发表在《自然》杂志上。