中國超強激光產(chǎn)生反物質(zhì)：到底有多牛？

　　2011年，STAR實驗組在尋找到質(zhì)量數(shù)等于3的反超氚核的基礎上，通過其主探測器中的時間投影室(TPC)和中國STAR合作組研制的桶形飛行時間探測器(ToF)，在采集到的接近10 億次金—金核對撞產(chǎn)生的約5千億個帶電粒子里找到了18個反氦4原子核。反氦4可能是未來很長一段時間內(nèi)人類所能探測到的最重的反物質(zhì)原子核，因為下一個更重的穩(wěn)定反物質(zhì)原子核產(chǎn)生的可能性是反氦4的百萬分之一。其中起到關鍵性作用的ToF探測系統(tǒng)是由中美STAR合作組合作完成的， 探測器硬件和相應的物理部分是由STAR中國組研制完成的。馬余剛及其領導的課題組與美國布魯克海文國家實驗室研究員唐愛洪等為主合作完成了這一重要發(fā)現(xiàn)。相關論文于2011年5月19日發(fā)表在《Nature》周刊上。

　　圖5 STAR探測器結構示意圖

　　從定性到定量：反物質(zhì)相互作用的首次測量

　　目前為止，科學家們已經(jīng)探測到了多種粒子對應的反粒子，即做了許多定性的觀測，然而對反物質(zhì)的定量研究卻很少。以上海應物所研究成員為主的團隊利用金核-金核碰撞中產(chǎn)生的豐富的反質(zhì)子，測量了反質(zhì)子-反質(zhì)子動量關聯(lián)函數(shù)，并首次定量地提取反質(zhì)子-反質(zhì)子相互作用參數(shù)。在實驗精度內(nèi)，反質(zhì)子-反質(zhì)子的散射長度和有效力程與質(zhì)子-質(zhì)子的是相等的，也就是說反物質(zhì)間的相互作用與正物質(zhì)并沒有差別。在此次反物質(zhì)間作用力的首次測量過程中，馬余剛及其領導的課題組與美國布魯克海文國家實驗室研究員唐愛洪等合作， 從2012年初提出研究思路到歷時3年多進行艱難的數(shù)據(jù)分析，為最終反物質(zhì)間相互作用力的測量做出了關鍵性貢獻。相關論文于2015年11月19日發(fā)表在《Nature》周刊上。

　　反物質(zhì)究竟能給人類帶來什么改變?

　　反物質(zhì)從概念提出到目前取得的系列進展，顯示了這個領域巨大的潛力。但是將反物質(zhì)應用到人類生活的想法，現(xiàn)在還停留在科幻小說階段。

　　但是以現(xiàn)有的發(fā)展速度，我們不難想象，利用反物質(zhì)與普通物質(zhì)湮沒時能釋放出的巨大能量，可以完美解決宇宙飛船的燃料問題，包括美國宇航局在內(nèi)的一些專家已經(jīng)在從事這方面的前沿研究，但目前進展非常緩慢。主要原因在兩方面，其一是我們?nèi)ツ睦镎曳次镔|(zhì)?既然宇宙中找不到反物質(zhì)，人類只能自己去制造它。借助于傳統(tǒng)加速器技術來產(chǎn)生反物質(zhì)是一個普遍認可的方法，但是它的效率非常低，造價極其昂貴。其二是反物質(zhì)的儲存問題，即使到遙遠的將來，人類可以理想的制造出反物質(zhì)，怎么安全儲存它將會是擺在科學家面前的另一個關鍵問題。但是當前反超氚核、反氦4的發(fā)現(xiàn)和反質(zhì)子相互作用測量及其后續(xù)研究，無疑為反物質(zhì)應用提供寶貴的信息。