在浩瀚无垠的宇宙中，隐藏着无数令人费解的谜团，其中之一便是正反物质的神秘失衡。近日，中国科学院近代物理研究所的科研人员在相对论重离子碰撞实验中观测到了一种全新的反物质超核——反超氢-4，这是迄今实验上发现的最重的反物质超核。相关成果于8月21日发表在《自然》杂志上。
重离子碰撞产生反物质超氢-4示意图
宇宙之谜:正反物质的微妙失衡
当前物理学知识认为，在宇宙诞生之初应该存在正物质与反物质，并且两者是等量存在的。但现实却是一场离奇的“失踪案”，在现在的宇宙中很难找到反物质。
那么，反物质都去了哪里呢？科学家们给出的答案是反物质很容易与周围的正物质发生湮灭，也就是存在即消失。如果宇宙中的正、反物质一直保持数量相等，它们终将完全湮灭掉，变成一团光。
幸运的是，在某种物理机制的作用下，正、反物质却出现了数量的不平衡。一部分多出来的正物质没有被反物质湮灭，构成了今天的世界，也是人类文明诞生和存在的基础。
那么，究竟是什么力量导演了这场宇宙级别的“偏心”？科学家们认为，解开这个谜题的关键可能隐藏于反物质的性质之中，一个重要的思路是在实验室中制造新的反物质并研究它们的性质。
反物质非常罕见，而由若干反重子进一步组合形成的反物质原子核和反物质超核，则更加难以产生。自1928年狄拉克方程的“负能量解”预示反物质的存在以来，近一个世纪，科学家仅发现了6种反物质(超)核。
实验室里的“宇宙大爆炸”
为了追寻真相，科学家们将目光再次投向实验室，试图在这里重现宇宙早期的极端条件。位于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机就是这样一个神奇的“时光机”。它能够将重离子加速至接近光速，并让它们在极小的空间内发生碰撞，在实验室中模拟宇宙早期大爆炸的状态。这种对撞能产生几万亿度的高温火球，包含几乎等量的正物质与反物质。
火球迅速膨胀、冷却，使得一部分反物质有机会逃离与正物质湮灭的命运，被环绕对撞点的STAR实验探测器观测到，其中就包括极为罕见、转瞬即逝的反超氢-4。
再次验证正反物质性质的对称性
反超氢-4，由一个反质子、两个反中子和一个反Lambda超子组成。由于包含不稳定的反Lambda超子，反超氢-4飞行仅仅几个厘米后就会发生衰变。研究团队分析了共约66亿个重离子碰撞事件的实验数据，通过衰变产生的反氦-4和π+介子反向重建反超氢-4，最终获得了约16个反超氢-4的信号。
研究团队同时发现，反超氢-4与其对应的正粒子超氢-4在测量精度范围内两者寿命没有明显差异，再次验证了正反物质性质的对称性。
反超氢-4是目前科学家观测到的最重的反物质超核。它的发现和性质研究，使人们在反物质及正反物质对称性的探索方面又迈出了重要一步。
