大型强子对撞机发现迄今为止最重的反物质粒子的第一个证据

摘要：这意味着大型强子对撞机（LHC）是有史以来最强大的粒子加速器，它让科学家们得以一窥宇宙不到一秒时就存在的条件。反物质粒子是一种叫做超氦-4 的大质量物质粒子的伙伴，它的发现可以帮助科学家解开为什么常规物质会主宰宇宙的谜团，尽管物质和反物质在时间的黎明时是以

CERN 的 ALICE 探测器的科学家们正在复制大爆炸期间发现的条件，试图弄清楚物质是如何支配反物质的。

插图显示了在两个铅核之间的碰撞中产生抗超氢-4。（图片来源：Janik Ditzel for the ALICE 合作）

世界上最大规模的科学实验再次做到了这一点，探测到有史以来发现的最重的反物质粒子的迹象。

这意味着大型强子对撞机（LHC）是有史以来最强大的粒子加速器，它让科学家们得以一窥宇宙不到一秒时就存在的条件。反物质粒子是一种叫做超氦-4 的大质量物质粒子的伙伴，它的发现可以帮助科学家解开为什么常规物质会主宰宇宙的谜团，尽管物质和反物质在时间的黎明时是以相等的数量产生的。

这种不平衡被称为“物质-反物质不对称”。物质粒子和反物质粒子在接触时湮灭，将其能量释放回宇宙中。这意味着，如果两者之间的不平衡没有在宇宙的早期出现，那么宇宙可能确实是一个更空旷、更无趣的地方。

LHC 对关于早期宇宙的范式转变发现并不陌生。大型强子对撞机在瑞士日内瓦附近的阿尔卑斯山下一个 17 英里（27 公里）长的环路中运行，最著名的是它发现了希格斯玻色子，希格斯场的“信使”负责在黎明时赋予其他粒子质量。

LHC 上发生的碰撞会产生一种称为“夸克-胶子等离子体”的物质状态。这片致密的等离子体海洋与大爆炸后大约百万分之一秒充满宇宙的物质的“原始汤”相同。

奇异的“高核”及其对应的反物质从这种夸克胶子等离子体中出现，使科学家们得以一窥早期宇宙的状况。

高核像普通原子核一样包含质子和中子，也包含称为“超子”的不稳定粒子。与质子和中子一样，超子由称为“夸克”的基本粒子组成。质子和中子包含两种类型的夸克，称为上夸克和下夸克，而超子包含一个或多个所谓的“奇夸克”。

高核最早是在宇宙射线中发现的，宇宙射线是大约七十年前从深空降落在地球上的带电粒子雨。然而，它们在自然界中很少发现，并且很难在实验室中制造和研究。这使他们变得有些神秘。

2019 年 LHC 升级期间拍摄的 ALICE 探测器图像（图片来源：Robert Lea）

作为超氦 4 的反物质对应物的高核的第一个证据是在 LHC 探测器 ALICE 上发现的。

LHC 的九个实验中，大多数都有自己的探测器，是通过以接近光速的质子撞击在一起来产生结果的，而 ALICE 合作是通过将更重的粒子（通常是铅核或“离子”）撞击在一起来产生夸克胶子等离子体。

铁离子的碰撞（试着说快十倍）是产生大量高核的理想选择。然而，直到最近，进行重离子碰撞的科学家们还只成功地观察到了最轻的高核 hypertriton 及其反物质伙伴 antihypertriton。

直到 2024 年早些时候，科学家们在纽约使用相对论重离子对撞机（RHIC）来探测反超氢 4，它由一个反质子、两个反中子和一个称为“反 lambda”的含夸克粒子组成。

现在，ALICE 紧随其后，检测到了一种更重的反高核粒子，即反超氦-4，它由两个反质子、一个反中子和一个反 lambda 组成。