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中外科学家探测到迄今已知最重反物质反氦-4

发布时间:2011年04月26日 03:44 | 进入复兴论坛 | 来源:东方网-文汇报

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  本报讯 (记者许琦敏)位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)再获重大发现:中外科学家探测到了迄今人类所知最重的反物质——反氦-4。今天凌晨,英国《自然》杂志在线发表了这一成果,并将于29日印刷出版。

  两个接近光速的金原子核对撞,会模拟出宇宙诞生时的那一声“啼哭”——产生大约等量的正物质和反物质。科学家就在这不足万亿分之一秒的瞬间,在上万亿度的高温中,捕捉着各种反物质的蛛丝马迹。

  “RHIC上的一对金核碰撞大约会产生500个粒子,通过筛选10亿次碰撞所产生的5000亿个粒子,我们探测到了18个反物质氦-4原子核的信号。”RHIC-螺旋管径迹探测器(STAR)国际合作组中国组负责人、中科院上海应用物理研究所马余刚研究员介绍,反物质的原子核由反质子、反中子构成,但其性质和正物质原子核相似。由于反物质存在时间很短,因此这些反物质粒子聚成稳定的原子核的几率非常小。

  早在1995年,科学家就发现了最简单的反物质原子——一个反质子加上一个正电子构成的反氢原子。直到现在,科学家才找到了反氦-4——它由两个反质子和两个反中子组成,质量是质子的4倍。

  这次发现反氦-4,主要得益于中国科学家所研制的大型飞行时间探测器。它为STAR提供了更清晰的“视力”,能精确区分出带电粒子的踪迹。STAR国际合作组发言人许怒研究员说,STAR中国合作组为在海量事件中捕捉到反氦-4作出了重要的贡献。

  中科大陈宏芳教授说,可能在未来很长一段时间内,反氦-4都会保持“最重反物质”的桂冠。因为反氦-4需要4个反核子聚在一起,而下一个更重的反物质应该是反锂6,这就需要6个反核子聚集成一个原子核——其产生的可能性是反氦-4的百万分之一。“这需要将对撞机的能量大幅提高,或者把亮度增强上百万倍,而现在的加速器技术几乎不可能实现。”

  为何科学家会对“最重反物质”如此着迷?其一是出于对宇宙婴儿期的好奇:为何当初成对产生的正反物质最终正物质占了绝对优势?为此,今年美国将向太空发射探测器,希望在宇宙中发现反氦-4的踪迹。其二是受到巨大能量的诱惑,根据爱因斯坦的质能方程,当正反物质相遇湮灭时,所有质量都在一瞬间转变为巨大能量,远远超过了核裂变、核聚变,而且不会存在核污染。

  “反氦-4十分稳定,若不湮灭,原则上不衰变。”马余刚补充道,越重的原子湮灭时产生的能量越大,这种看似大海捞针的寻觅,或许会诞生人类未来的能源方案。