中國超強(qiáng)激光產(chǎn)生反物質(zhì)：到底有多牛？

　　2011年，STAR實(shí)驗(yàn)組在尋找到質(zhì)量數(shù)等于3的反超氚核的基礎(chǔ)上，通過其主探測(cè)器中的時(shí)間投影室(TPC)和中國STAR合作組研制的桶形飛行時(shí)間探測(cè)器(ToF)，在采集到的接近10 億次金—金核對(duì)撞產(chǎn)生的約5千億個(gè)帶電粒子里找到了18個(gè)反氦4原子核。反氦4可能是未來很長一段時(shí)間內(nèi)人類所能探測(cè)到的最重的反物質(zhì)原子核，因?yàn)橄乱粋€(gè)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(guān)鍵性作用的ToF探測(cè)系統(tǒng)是由中美STAR合作組合作完成的， 探測(cè)器硬件和相應(yīng)的物理部分是由STAR中國組研制完成的。馬余剛及其領(lǐng)導(dǎo)的課題組與美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)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(guān)論文于2011年5月19日發(fā)表在《Nature》周刊上。

　　圖5 STAR探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

　　從定性到定量：反物質(zhì)相互作用的首次測(cè)量

　　目前為止，科學(xué)家們已經(jīng)探測(cè)到了多種粒子對(duì)應(yīng)的反粒子，即做了許多定性的觀測(cè)，然而對(duì)反物質(zhì)的定量研究卻很少。以上海應(yīng)物所研究成員為主的團(tuán)隊(duì)利用金核-金核碰撞中產(chǎn)生的豐富的反質(zhì)子，測(cè)量了反質(zhì)子-反質(zhì)子動(dòng)量關(guān)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(shí)驗(yàn)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(cè)量過程中，馬余剛及其領(lǐng)導(dǎo)的課題組與美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室研究員唐愛洪等合作， 從2012年初提出研究思路到歷時(shí)3年多進(jìn)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(cè)量做出了關(guān)鍵性貢獻(xiàn)。相關(guān)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(jìn)展，顯示了這個(gè)領(lǐng)域巨大的潛力。但是將反物質(zhì)應(yīng)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(shí)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(jìn)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(shù)來產(chǎn)生反物質(zhì)是一個(gè)普遍認(rèn)可的方法，但是它的效率非常低，造價(jià)極其昂貴。其二是反物質(zhì)的儲(chǔ)存問題，即使到遙遠(yuǎn)的將來，人類可以理想的制造出反物質(zhì)，怎么安全儲(chǔ)存它將會(huì)是擺在科學(xué)家面前的另一個(gè)關(guān)鍵問題。但是當(dāng)前反超氚核、反氦4的發(fā)現(xiàn)和反質(zhì)子相互作用測(cè)量及其后續(xù)研究，無疑為反物質(zhì)應(yīng)用提供寶貴的信息。