首次测到反质子之间的作用

一个由物理学家组成的国际小组在位于美国纽约州的布鲁克黑文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)上首次探测到反质子(质子所对应的反物质)之间的相互作用。

在碰撞中出现的两个发生交互作用的反质子的艺术图。图片来源:布鲁克黑文国家实验室

在碰撞中出现的两个发生交互作用的反质子的艺术图。图片来源:布鲁克黑文国家实验室

这个小组是RHIC的国际合作组螺旋径迹探测器(STAR,Solenoidal Tracker at RHIC)的一部分,他们发现反质子-反质子的相互作用和质子-质子是一样的,这一首次研究表明反质子交互作用是吸引力。反质子和质子具有同样质量,但电荷不同,理解基本粒子间的的交互作用的精妙性是核物理学家的中心目标。

RHIC实验利用两束以光速行进的金离子互相撞击来产生新的粒子。碰撞使得金的质子和中子破裂成为夸克,同时产生了数千个更多的粒子,包括反质子。

质子是位于原子核的基本粒子。它们带正电荷,被不带电荷的中子所包围。质子和中子被称为核子,它们由夸克组成,夸克通过强相互作用把粒子黏在一起,使得(大部分)原子非常稳定。

在1个毫微微米(10-15 米)的尺度下,强相互作用是吸引力,但在更小的尺度下会成为斥力,而一旦尺度变大,强核力会迅速变弱至无关紧要。在毫微微米尺度下,强相互作用是电磁力强度的60倍,所以质子-质子之间的相互作用是互相吸引的。

研究反物质是非常困难的,因为反物质会和它所碰到的正物质相互反应瞬间湮灭。目前为止,只有反氢、反氦,以及它们的同位素被观测过,而本次研究则是首次测量反物质核子间的真实的作用力。

物质和反物质拥有很高程度的对称性,就像镜像对应那样。但是这一对称性并不完美,宇宙初期的物理法则更偏好于物质,而不是反物质,所以我们只能观察到物质,而必须在实验室里才能创造出反物质。了解反物质的行为的潜在和微妙的区别将为我们提供了解现实之本质的重要信息。

这篇论文发表在《自然》杂志上。

 

原文链接:The Interactions Between Antiprotons Have Been Measured For The First Time

无穷的探索/译

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