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Pesquisadores do Instituto de Física Moderna, da Academia Chinesa de Ciências e de outras instituições participaram da pesquisa experimental colaborativa internacional RHIC-STAR.Um novo supernúcleo de antimatéria, o anti-hiperhidrogênio-4, foi observado pela primeira vez em uma colisão relativística de íons pesados ​​ouro-ouro. Este é o supernúcleo de antimatéria mais pesado descoberto experimentalmente até hoje. No dia 21 de agosto, resultados relevantes da pesquisa foram publicados na Nature.

O conhecimento atual da física acredita que as propriedades da matéria e da antimatéria são simétricas e que quantidades iguais de matéria e antimatéria deveriam ter existido no início do universo. Felizmente, algum mecanismo físico misterioso causou a assimetria da muito pequena quantidade de matéria e antimatéria no universo primitivo. Depois que a maior parte da matéria e da antimatéria foram aniquiladas, cerca de um décimo de um bilionésimo de matéria sobreviveu e formou a matéria de hoje. a base para o nascimento e existência da civilização humana. O que causa a diferença na quantidade de matéria e antimatéria no universo? Para responder a essa pergunta, uma ideia importante é criar uma nova antimatéria em laboratório e estudar suas propriedades.

A antimatéria é muito rara, e núcleos de antimatéria e supernúcleos de antimatéria (isto é, núcleos contendo hiperons como Lambda) formados pela combinação adicional de vários antibárions são ainda mais difíceis de produzir. Como a "solução de energia negativa" da equação de Dirac previu a existência de antimatéria em 1928,Os cientistas descobriram apenas 6 tipos de (super) núcleos de antimatéria no século passado。

O anti-superhidrogênio-4 descoberto desta vez foi produzido em um experimento relativístico de colisão de íons pesados. O Colisor Relativístico de Íons Pesados ​​do Laboratório Nacional de Brookhaven, nos Estados Unidos, pode acelerar feixes de íons pesados ​​quase à velocidade da luz e colidi-los, simulando o estado do Big Bang inicial em laboratório. Esta colisão pode produzir uma bola de fogo de alta temperatura de vários trilhões de graus, contendo quantidades quase iguais de matéria e antimatéria. A bola de fogo expandiu-se e esfriou rapidamente, dando a alguma antimatéria a chance de escapar do destino de ser aniquilada com matéria positiva, e foi observada pelo detector experimental STAR orbitando o local da colisão.

O anti-hiperidrogênio-4 consiste em um antipróton, dois antinêutrons e um anti-hiperon. Por conter hiperons anti-Lambda instáveis, o anti-H-4 decai após apenas alguns centímetros de vôo.O estudo analisou dados experimentais de aproximadamente 6,6 bilhões de eventos de colisão de íons pesados, produzindo antihélio-4 e π através do decaimento⁺O méson reconstruiu reversamente o anti-superhidrogênio-4 e obteve cerca de 16 sinais anti-superhidrogênio-4.。

▲ Antihélio-4 e π⁺Sinal anti-hiperhidrogênio-4 no espectro de massa constante do méson

A equipe também mediu o tempo de vida do anti-H-4 e comparou-o com o seu homólogo, o pósitron-4. A pesquisa mostra que não há diferença significativa na vida útil dos dois dentro da faixa de precisão da medição.Mais uma vez verificou a simetria das propriedades da matéria e da antimatéria。

O anti-hiperhidrogênio-4 é o supernúcleo de antimatéria mais pesado atualmente observado pelos cientistas.. A sua descoberta e o estudo das suas propriedades permitiram aos cientistas dar um passo importante na exploração da antimatéria e da simetria da matéria e da antimatéria.

▲ Colisão de íons pesados ​​produz superhidrogênio-4 de antimatéria

STAR é um grupo de cooperação experimental internacional em larga escala sobre RHIC, composto por mais de 700 pesquisadores de 74 unidades em 14 países.

O trabalho foi liderado pela equipe de Qiu Hao, pesquisador do Instituto de Física Moderna. A equipe de pesquisa científica da Universidade de Ciência e Tecnologia da China fez contribuições na tecnologia de reconstrução de partículas em decomposição e em cálculos de eficiência. O trabalho de pesquisa é apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, pelo Projeto de Ciência e Tecnologia de Prioridade Estratégica da Academia Chinesa de Ciências e pelo apoio estável da Academia Chinesa de Ciências ao plano da equipe de jovens de pesquisa básica.