科学家探测最重的反物质反氦-4

英国《自然》（Nature）杂志近日公布了美国布鲁克海文国家实验室的又一项重要研究成果。由各国科学家参加的布鲁克海文国家实验室国际合作小组近日在试验中成功探测到迄今最重的反物质反氦-4。

　　科学家们利用相对论重离子对撞机使两个接近光速的金原子核对撞，模拟宇宙诞生时的大爆炸——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。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，科学家们探测到了18个反物质氦-4原子核的信号。

　　科学家表示，反氢-4又名反阿尔法粒子，是氦核的反物质粒子。

　　1932年，科学家首次观察到反物质粒子-正电子。从此，越来越多更重的反物质逐渐映入科学家的眼帘。1955年科学家们观察到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。在接下来的20年里，科学家们依次观察到了反氘、反氦-3。加速器和探测器技术的不断改进让科学家在1995年首次观察到了反氢；2011年观察到了新型反物质“反超氚”，“反超氚”是反氦-4出现之前最重的反物质，也是首个含有反夸克的粒子。

　　反氦-4由两个反质子和两个反中子组成，质量是质子的4倍。反氦-4十分稳定，若不湮灭，原则上不衰变。这次发现反氦-4，主要得益于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。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。

　　反物质原子核越重，其在自然界中的寻找过程也会更为复杂，类似于大海捞针，在试验室里探测出的难度也会越大。在宇宙中观察到反氦-4的可能性微乎其微，如果真的在宇宙中观察到了反氦-4，这些反氦-4一定是由另一种机制所产生，这种机制很可能在宇宙中很多地方产生大量反物质。若想发现比反氦-4更重的反物质原子核，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。

　　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。因此，目前反物质的研究十分困难。反氦-4的发现有助于更好地研究宇宙最初形成的详细过程，解开一些不解之迷。

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