美重离子对撞机发现迄今最重新型反物质

2011-2-25 11:46 来源: 新浪环球地理
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北京时间2月25日消息,据美国国家地理杂志网站报道,美国科学家上周宣布,在长岛上演的一次微型“大爆炸”创造了一种新型反物质。这种新发现的粒子被称之为“反超氚”(antihypertriton),是迄今为止发现的最重的反物质。此外,反超氚也是第一个含有所谓反奇夸克的粒子,也因此被排在元素周期表的一个新平面内。

  2010年春季,科学家借助纽约布克海文国家实验室的相对论性重离子对撞机(以下简称RHIC)发现了这种新型反物质。在对撞机内,重离子——剥离电子的原子——以接近光速的速度相撞,分解成构成重离子的各种粒子。在金离子对撞10万次之后,研究人员从粒子“瓦砾”中发现了大约70个反超氚。这种粒子比此前的纪录保持者反氦重大约重200毫电子伏。

  RHIC研究员许长补(Zhangbu Xu,音译)表示:“人们认为我们是一群奇怪的家伙,因为所有人都希望将手中的东西变成金子,而我们却将金子变成怪异的反物质。”正常原子的原子核由被称之为“质子”和“中子”的亚原子微粒构成,质子和中子则由更小的粒子——夸克和胶子构成。构成反物质核的反粒子质量与正常粒子质量相同,但所带电荷和磁性相反。

  大爆炸形成了相同数量的物质和反物质。大量物质的引力作用防止这些粒子扩散。如果在微小的空间内反物质和物质相撞并湮灭对方,最后将完全转换成能量。令物理学家感到疑惑的是,反物质和物质碰撞湮没过程中为何会有幸存者,当前宇宙中物质的数量为何远远超过反物质。在实验室模拟大爆炸是帮助科学家揭开这些谜团的一种重要途径。

  许长补表示,当粒子以惊人速度在RHIC发生相撞时,便会形成“夸克和胶子汤”。随着夸克和胶子汤的冷却——在瞬间内完成——这些基本粒子形成超氚和反超氚等更大粒子。科学家认为这就是大爆炸后瞬间发生的事情。在18日于华盛顿特区举行的美国科学促进协会会议上,许长补公布了他们的研究发现。

  发现反超氚让物理学家陷入极大兴奋之中,因为它位于3D版元素周期表的平面下方。在这张人们熟悉的平面元素周期表中,科学家按照原子所含质子数量(代表质量)排列元素。粒子物理学家则根据中子和所谓的奇夸克的数量进一步绘制元素周期表,质子或者中子并不含有奇夸克。一些正常的氢、氦和锂原子含有奇夸克,被排列在元素周期表平面的上方。反超氚是所发现的第一种含有反奇夸克的反物质粒子,因此被排在这个平面的下方。

  牛津大学物理学家、《反物质》一书作者弗兰克•克洛斯表示,现在尚不清楚发现反超氚对物理学研究将产生怎样的实际影响。他指出:“形象地说,寻找新粒子就像集邮。总有一些邮票比其他邮票更让人感到兴奋。发现这一粒子证实了我们普遍认同的想法——反物质的确存在,数量与物质一样。”对于“宇宙中的反物质数量为何少得可怜?”这个问题,这一发现并未给我们提供任何有用的线索。

虽然发现新反物质反超氚的消息最近才浮出水面,但早在2010年3月4日,《科学》杂志网络版刊登的一篇论文便已首次对这种反物质进行描述。在此之后,RHIC研究组又进行了更多次原子撞击实验。现在,许长补及其同事仍对新获取的数据进行分析,希望能够发现更多奇异粒子。值得一提的是,对撞过程中除了形成反超氚外,同时还形成了2000多个反氦-3核,它是另一种罕见的反粒子。许长补说:“RHIC就是一台专门发现反物质的机器。”