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他们如何找到“最重”的反粒子
■我们的记者黄鑫，见习记者朱泰来
“大爆炸宇宙学”认为宇宙是在137亿年前的一次大爆炸后由一个密集而炽热的奇点形成的，然后逐渐膨胀、演化并发展成今天的物质世界。理论上，在大爆炸期间，正物质和反物质(它们的电荷与正物质相反，但性质相同)数量相等。此外，在接下来的几微秒内，将会出现一种新的物质形式，即由夸克和胶子组成的等离子体，它们是物质的基本单位。
然而，在现实世界中，反物质很少被观察到，由夸克和胶子组成的等离子体也没有被观察到。这已经成为现代物理学中的一个重要问题。
现在，2016年国家自然科学奖二等奖的成果极大地推进了发现和理解这种新夸克物质以及探索正负物质不对称的深刻机制的“难题”。
十年后的明剑
接近光速的两个金原子核的碰撞将模拟宇宙诞生时的“哭喊”，产生大约等量的正物质和反物质。当一对金原子核碰撞时，大约会产生500个粒子。科学家正在从10亿次碰撞中筛选出5000多亿个粒子，以寻找各种基本粒子的踪迹。
为了找到第一声呐喊，中国科学院上海应用物理研究所马余刚团队几十年来一直致力于“重离子碰撞中的反物质探测和强子光谱学与夸克物质的集体性质研究”项目，并获得了久违的国家自然科学奖。
"这是新世纪以来的第三个国家核物理奖."在接受《中国科学报》采访时表示，前两次是2001年上海应用物理研究所的沈院士领导的“重离子核反应的集体效应与奇异核的产生和性质研究”，获得国家自然科学二等奖。2007年，在中国科学院现代物理研究所的主持下，完成了“缺中子中、重区落线附近新核素合成与核结构的实验研究”，获得国家自然科学二等奖。
在接下来的十年里，整个核物理领域在国家奖项中的状态一直是空白色。经过十年的努力，这个奖是当之无愧的。
面临困难的科学家
为了探索宇宙婴儿期的奥秘，核物理学家成立了一个国际合作小组RHIC-星。使用美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)，金原子核以接近光速的速度碰撞，各种基本粒子的痕迹，如夸克物质形式和反物质粒子，通过螺旋轨道探测器(STAR)被追踪。
“大多数外国科学家都专注于研究大量的传统粒子，但STAR——中国团队选择了“硬骨头”——寻找反物质。”STAR国际合作组织的前发言人徐努教授说，反物质粒子在最初的筛选中非常罕见。许多外国科学家放弃了这个“小希望”领域，而以马余刚为首的中国科学家迎接了挑战。
在实验中积累的5000多亿个微粒中，只有70个是抗高渗微粒。只有十几个反氦4粒子。这些粒子的发现和确认离不开高精度的恒星探测器及其子部件“飞行时间探测器”，这是中国科学家共同努力的结果。上述成果分别发表在《科学》和《自然》杂志上。“飞行时间在这一发现中发挥了关键作用，中国的星际团队成员在数据分析方面做出了重大贡献。”星空传媒国际合作集团发言人徐昌布表示。
"没有飞行时间，我们就找不到迄今为止最重的反粒子."中国科技大学教授陈是该项目的完成者之一，他说，最初的恒星探测器在高动量区的分辨率不够高，无法发现其他粒子中混合的反氦4，但飞行时间能够灵敏地捕捉到它的踪迹。
"这些新发现的获得与加入大型国际合作组织RHIC之星密切相关."马余刚充满了情感。以前，我国虽然有加速器，但只适用于中低能重离子核反应和核结构实验，缺乏大型加速器和高能重离子物理实验设备。此外，当时国内对高能核物理的研究主要集中在理论研究上，急需建立一支强大的实验队伍。因此，与大型国际组织合作已成为中国发展高能核物理突破重围的迫切要求。
幸运的是，2000年，中国科学院院士沈等。召集和组织了国内六所科研院所和大学组成了中国之星集团。
面向未来的边境穿越
在马余刚看来，加入一个大型国际组织不仅会带来科学前沿研究本身，还会培养和塑造一支高水平的实验团队。通过与国际先进团队的接触和尖端技术的研究，国内高能核物理实验团队跃居国际水平。“这支优秀的团队对于赢得2016年国家自然科学奖是不可或缺的。我想感谢研究小组的每个人。”他说。
在这项研究中，研究人员发现了第一个反物质超核——抗高渗核和抗氦4核。夸克胶子等离子体的信号是通过强子谱和集体性质研究给出的。RHIC星大型飞行时间探测器首次成功研制并应用于高能重离子对撞机实验。
这些原创性的成果受到了国际上的广泛关注，对人们理解自然的物理形态和宇宙早期物理形态的演化具有重要意义。
与核电厂、核医疗设备等应用领域相比，马余刚的研究团队属于基础研究，并不那么引人注目。“但他眼光远大，目标是在高能重离子对撞机(CERN的ALICE合作团队)上开展新的实验，同时在上海开展核物理新的交叉方向，即上海光源的光核物理和超短超强激光核物理研究。”中国科学院院士沈说。
上海应用物理研究所所长赵表示，团队一直在探索核物理新的前沿方向，目前正在承担国家自然科学项目“上海光源升级工程”中的激光-伽马光建设项目，该项目将拓展光与核物理交叉领域的新研究。
