武科大網(wǎng)訊 近日，STAR國際實(shí)驗(yàn)組首次發(fā)現(xiàn)一種新的反物質(zhì)超核——反超氫-4核。這標(biāo)志反物質(zhì)研究取得重要突破。該研究成果題為“Observation of the antimatter hypernucleus anti-hyperhydrogen-4”，8月21日在線發(fā)表在《自然》上，武漢科技大學(xué)為參與單位。

反物質(zhì)是指由反粒子組成的物質(zhì)，其性質(zhì)與普通物質(zhì)中的粒子相反。反物質(zhì)研究對(duì)于理解宇宙的起源和演化，以及基本粒子性質(zhì)具有深遠(yuǎn)意義。反物質(zhì)與正物質(zhì)具有相同的質(zhì)量但相反的電荷，當(dāng)正物質(zhì)與反物質(zhì)相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮滅，轉(zhuǎn)化為純能量。這一特性不僅在理論物理中至關(guān)重要，在醫(yī)學(xué)中的正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和未來的能源開發(fā)中也具有潛在應(yīng)用。然而，為什么宇宙中幾乎完全由正物質(zhì)組成，而反物質(zhì)非常稀少，這一正反物質(zhì)的不對(duì)稱性仍是現(xiàn)代物理學(xué)的未解之謎。

在STAR實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們通過高能重離子對(duì)撞創(chuàng)造出極端條件，這些條件類似于宇宙大爆炸初期的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，兩束重原子核（如金核）被加速到接近光速并發(fā)生對(duì)撞，產(chǎn)生的能量相當(dāng)于數(shù)萬億度的高溫。這樣的“微型大爆炸”短暫地再現(xiàn)了宇宙誕生初期的環(huán)境，使得正反物質(zhì)能夠在極高溫度和密度下共存并產(chǎn)生復(fù)雜的物理現(xiàn)象。

STAR實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在分析了約66億次重離子對(duì)撞事件后，成功識(shí)別出大約16個(gè)反超氫-4核（圖1），是目前人類發(fā)現(xiàn)最重反物質(zhì)超核。反超氫-4核由一個(gè)反質(zhì)子、兩個(gè)反中子和一個(gè)反Lambda超子組成，其結(jié)構(gòu)比此前發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì)更加復(fù)雜。盡管它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的產(chǎn)量極低，但這些重反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了反物質(zhì)在極端條件下的形成機(jī)制。更重要的是，反超氫-4核的壽命測(cè)量結(jié)果顯示，其與普通超氫-4核的壽命在誤差范圍內(nèi)一致，這表明正反物質(zhì)在壽命這一基本屬性上的對(duì)稱性，從而加深我們對(duì)宇宙的理解。

我校理學(xué)院李漢林教授在學(xué)校和學(xué)院的全力支持下，于2023年加入STAR合作組，在STAR實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)正致力于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與物理模型構(gòu)建。

此次研究發(fā)表不僅是武科大作為參與單位首次在《自然》發(fā)表研究成果，也顯示武科大在高能物理領(lǐng)域的國際影響力不斷提升。該成果為學(xué)校培養(yǎng)高水平科研人才和提升國際科研合作水平提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和契機(jī)。未來，李漢林教授帶領(lǐng)高能物理團(tuán)隊(duì)繼續(xù)積極參與國際合作，在反物質(zhì)和正反物質(zhì)對(duì)稱性等基礎(chǔ)物理問題的研究上探索更深層次的理解，同時(shí)注重培養(yǎng)具有國際視野的科研人才，在高能物理研究領(lǐng)域做出有價(jià)值的貢獻(xiàn)。（理學(xué)院）

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