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Des chercheurs de l'Institut de physique moderne, de l'Académie chinoise des sciences et d'autres institutions ont participé à la recherche expérimentale collaborative internationale RHIC-STAR.Un nouveau supernoyau d’antimatière, l’antihyperhydrogène-4, a été observé pour la première fois lors d’une collision relativiste or-or d’ions lourds. Il s’agit du supernoyau d’antimatière le plus lourd découvert expérimentalement à ce jour. Le 21 août, des résultats de recherche pertinents ont été publiés dans Nature.

Les connaissances actuelles en physique estiment que les propriétés de la matière et de l’antimatière sont symétriques et que des quantités égales de matière et d’antimatière auraient dû exister au début de l’univers. Heureusement, un certain mécanisme physique mystérieux a provoqué l'asymétrie de la très petite quantité de matière et d'antimatière dans l'univers primitif. Après l'annihilation de la majeure partie de la matière et de l'antimatière, environ un dixième de milliardième de matière a survécu et a formé la matière d'aujourd'hui. devenir la base de la naissance et de l’existence de la civilisation humaine. Qu’est-ce qui cause la différence entre la quantité de matière et d’antimatière dans l’univers ? Pour répondre à cette question, une idée importante est de créer de nouvelles antimatières en laboratoire et d’étudier leurs propriétés.

L'antimatière est très rare, et les noyaux d'antimatière et les supernoyaux d'antimatière (c'est-à-dire les noyaux contenant des hypérons tels que Lambda) formés par la combinaison ultérieure de plusieurs antibaryons sont encore plus difficiles à produire. Puisque la « solution d’énergie négative » de l’équation de Dirac prédisait l’existence de l’antimatière en 1928,Les scientifiques n’ont découvert que 6 types de (super) noyaux d’antimatière au cours du siècle dernier。

L'anti-superhydrogène-4 découvert cette fois a été produit lors d'une expérience de collision d'ions lourds relativiste. Le collisionneur d'ions lourds relativistes du laboratoire national de Brookhaven aux États-Unis peut accélérer des faisceaux d'ions lourds jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière et les entrer en collision, simulant ainsi en laboratoire l'état du Big Bang dans l'univers primitif. Cette collision peut produire une boule de feu à haute température de plusieurs milliards de degrés, contenant des quantités presque égales de matière et d’antimatière. La boule de feu s'est rapidement développée et refroidie, donnant à une certaine antimatière une chance d'échapper au sort d'être annihilée par la matière positive, et a été observée par le détecteur expérimental STAR en orbite autour du site de collision.

L'antihyperhydrogène-4 est composé d'un antiproton, de deux antineutrons et d'un antihyperon. Parce qu’il contient des hypérons anti-Lambda instables, l’anti-H-4 se désintègre après seulement quelques centimètres de vol.L'étude a analysé les données expérimentales d'environ 6,6 milliards d'événements de collision d'ions lourds, produisant de l'antihélium-4 et du π via la désintégration.⁺Le méson a reconstruit de manière inverse l’anti-superhydrogène-4 et a obtenu environ 16 signaux anti-superhydrogène-4.。

▲Antihélium-4 et π⁺Signal antihyperhydrogène-4 dans le spectre de masse constante du méson

L’équipe a également mesuré la durée de vie de l’anti-H-4 et l’a comparée à son homologue, le positron-4. La recherche montre qu'il n'y a pas de différence significative dans la durée de vie des deux dans la plage de précision des mesures.Vérifié une fois de plus la symétrie des propriétés de la matière et de l'antimatière。

L’antihyperhydrogène-4 est le supernoyau d’antimatière le plus lourd actuellement observé par les scientifiques.. Sa découverte et l'étude de ses propriétés ont permis aux scientifiques de franchir une étape importante dans l'exploration de l'antimatière et de la symétrie de la matière et de l'antimatière.

▲Une collision d'ions lourds produit du superhydrogène-4 d'antimatière

STAR est un groupe de coopération expérimentale internationale à grande échelle sur le RHIC, composé de plus de 700 chercheurs issus de 74 unités réparties dans 14 pays.

Les travaux ont été dirigés par l'équipe de Qiu Hao, chercheur à l'Institut de physique moderne. L'équipe de recherche scientifique de l'Université des sciences et technologies de Chine a apporté sa contribution à la technologie de reconstruction des particules de désintégration et aux calculs d'efficacité. Les travaux de recherche sont soutenus par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le projet scientifique et technologique stratégique prioritaire de l'Académie chinoise des sciences et le soutien stable de l'Académie chinoise des sciences au plan d'équipe de jeunes de recherche fondamentale.