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Investigadores del Instituto de Física Moderna, la Academia de Ciencias de China y otras instituciones participaron en la investigación experimental colaborativa internacional RHIC-STAR.Se observó por primera vez un nuevo supernúcleo de antimateria, el antihiperhidrógeno-4, en una colisión relativista de iones pesados ​​oro-oro. Este es el supernúcleo de antimateria más pesado descubierto experimentalmente hasta la fecha. El 21 de agosto se publicaron resultados de investigación relevantes en Nature.

El conocimiento actual de la física cree que las propiedades de la materia y la antimateria son simétricas y que deberían haber existido cantidades iguales de materia y antimateria en el comienzo del universo. Afortunadamente, algún misterioso mecanismo físico causó la asimetría de la muy pequeña cantidad de materia y antimateria en el universo primitivo. Después de que la mayor parte de la materia y la antimateria fueron aniquiladas, aproximadamente una décima parte de la materia sobrevivió y formó la materia actual. la base para el nacimiento y la existencia de la civilización humana. ¿Qué causa la diferencia en la cantidad de materia y antimateria en el universo? Para responder a esta pregunta, una idea importante es crear nueva antimateria en el laboratorio y estudiar sus propiedades.

La antimateria es muy rara, y los núcleos y supernúcleos de antimateria (es decir, núcleos que contienen hiperones como Lambda) formados por la combinación adicional de varios antibariones son aún más difíciles de producir. Dado que la "solución de energía negativa" de la ecuación de Dirac predijo la existencia de antimateria en 1928,Los científicos han descubierto solo 6 tipos de (super) núcleos de antimateria en el último siglo.。

El anti-superhidrógeno-4 descubierto esta vez se produjo en un experimento relativista de colisión de iones pesados.. El Colisionador Relativista de Iones Pesados ​​del Laboratorio Nacional Brookhaven en Estados Unidos puede acelerar haces de iones pesados ​​hasta casi la velocidad de la luz y colisionarlos, simulando el estado del Big Bang temprano en el laboratorio. Esta colisión puede producir una bola de fuego de alta temperatura de varios billones de grados, que contiene cantidades casi iguales de materia y antimateria. La bola de fuego se expandió y enfrió rápidamente, dando a cierta antimateria la oportunidad de escapar del destino de ser aniquilada con materia positiva, y fue observada por el detector experimental STAR que orbitaba el lugar de la colisión.

El antihiperhidrógeno-4 consta de un antiprotón, dos antineutrones y un antihiperón. Debido a que contiene hiperones anti-Lambda inestables, el anti-H-4 se desintegra después de unos pocos centímetros de vuelo.El estudio analizó datos experimentales de aproximadamente 6.600 millones de colisiones de iones pesados, que produjeron antihelio-4 y π a través de la desintegración.⁺El mesón reconstruyó de forma inversa el anti-superhidrógeno-4 y obtuvo alrededor de 16 señales anti-superhidrógeno-4.。

▲Antihelio-4 y π⁺Señal de antihiperhidrógeno-4 en el espectro de masas constante del mesón.

El equipo también midió la vida útil del anti-H-4 y lo comparó con su homólogo, el positrón-4. Las investigaciones muestran que no existe una diferencia significativa en la vida útil de los dos dentro del rango de precisión de la medición.Una vez más se verificó la simetría de las propiedades de la materia y la antimateria.。

El antihiperhidrógeno-4 es el supernúcleo de antimateria más pesado observado actualmente por los científicos.. Su descubrimiento y el estudio de sus propiedades han permitido a los científicos dar un paso importante en la exploración de la antimateria y la simetría de la materia y la antimateria.

▲ La colisión de iones pesados ​​produce antimateria superhidrógeno-4

STAR es un grupo de cooperación experimental internacional a gran escala sobre RHIC, formado por más de 700 investigadores de 74 unidades en 14 países.

El trabajo fue dirigido por el equipo de Qiu Hao, investigador del Instituto de Física Moderna. El equipo de investigación científica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha realizado contribuciones en la tecnología de reconstrucción de partículas de desintegración y en los cálculos de eficiencia. El trabajo de investigación cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Proyecto de Ciencia y Tecnología de Prioridad Estratégica de la Academia de Ciencias de China y el apoyo estable de la Academia de Ciencias de China para el plan de equipos juveniles de investigación básica.