在美国布鲁克海文国家实验室的实验中，一个国际物理学家团队检测到了有史以来最重的“反原子核”。这些微小而短暂的物体由奇异的物质组成颗粒。
对这些实体产生频率及其性质的测量证实了我们目前对反物质本质的理解，并将有助于寻找另一种神秘的粒子——– 在深空。
结果是今天发表于自然。
缺失的镜子世界
反物质的想法只有不到一个世纪的历史。 1928年，英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）针对电子行为提出了一种非常准确的理论，并做出了令人不安的预测：负能量电子的存在，这将使我们生活的稳定宇宙变得不可能。
幸运的是，科学家们为这些“负能量”状态找到了另一种解释：反电子，或者带有相反电荷的电子孪生。 1932 年，反电子在实验中正式被发现，从那时起，科学家们发现所有基本粒子都有自己的反物质等价物。
然而，这又提出了另一个问题。反电子、反质子和反中子应该能够结合起来形成整个反原子，甚至反行星和反星系。更重要的是，我们的理论表明在宇宙之初一定已经创造了等量的物质和反物质。
但无论我们放眼望去，我们都能看到物质，而且只看到微量的反物质。反物质去哪儿了？这是一个困扰科学家近一个世纪的问题。
原子破碎的碎片
今天的结果来自于明星实验，位于相对论重离子对撞机在美国布鲁克海文国家实验室。
该实验的工作原理是将铀等重元素的核心以极高的速度相互撞击。这些碰撞产生微小而强烈的火球，短暂地复制了大爆炸后最初几毫秒内的宇宙状况。
每次碰撞都会产生数百个新粒子，而 STAR 实验可以全部检测到它们。大多数这些粒子都是短暂的、不稳定的实体，称为π介子，但偶尔也会出现一些更有趣的东西。
在 STAR 探测器中，粒子在磁场中快速穿过一个充满气体的大容器，并在其尾迹中留下可见的痕迹。通过测量轨迹的“厚度”以及它们在磁场中弯曲的程度，科学家们可以弄清楚是哪种粒子产生的。
物质和反物质具有相反的电荷，因此它们的路径将在磁场中向相反的方向弯曲。
“抗超氢”
在自然界中，原子核是由质子和中子组成的。然而，我们也可以制造一种称为“超核”的东西，其中一个中子被超子（中子的稍重版本）取代。
他们在 STAR 实验中检测到的是由反物质构成的超核，或者说反超核。事实上，它是迄今为止所见过的最重、最奇特的反物质核。
具体来说，它由一个反质子、两个反中子和一个反超子组成，被称为反超氢-4。在产生的数十亿个介子中，STAR 研究人员仅识别出 16 个抗超氢 4 原子核。
结果证实了预测
新论文将这些新的最重的反核以及许多其他较轻的反核与正常物质中的对应物进行了比较。超核都不稳定，并在大约十分之一纳秒后衰变。
将超核与相应的反超核进行比较，我们发现它们具有相同的寿命和质量——这正是我们从狄拉克理论中所期望的。
现有的理论也很好地预测了较轻的反超核更频繁地产生，而较重的反超核则很少产生。
还有影子世界？
反物质还与另一种奇异物质——暗物质有着令人着迷的联系。通过观察，我们知道暗物质遍布宇宙，并且比普通物质普遍存在五倍，但我们从未能够直接探测到它。
一些暗物质理论预测，如果两个暗物质粒子碰撞，它们将相互湮灭并产生物质和反物质粒子的爆发。然后，这将产生反氢和反氦——一项名为“反氢”和“反氦”的实验阿尔法磁谱仪国际空间站上正在寻找它。
如果我们确实在太空中观察到反氦，我们如何知道它是由暗物质还是正常物质产生的？好吧，像 STAR 的这项新测量这样的测量让我们能够校准我们的理论模型，以了解正常物质碰撞中产生了多少反物质。这篇最新论文为此类校准提供了大量数据。
基本问题仍然存在
在过去的一个世纪里，我们对反物质有了很多了解。然而，我们仍然距离回答为什么我们在宇宙中看到的如此之少的问题还很遥远。
STAR 实验并不是唯一一个致力于了解反物质本质及其去向的实验。从事实验工作，例如大型HCb和爱丽丝在大型强子对撞机瑞士的项目将通过寻找物质和反物质之间行为差异的迹象来增强我们的理解。
也许到 2032 年，当反物质首次发现一百周年之际，我们将在理解这种奇怪的镜像物质在宇宙中的位置方面取得一些进展，甚至知道它如何与暗物质之谜联系起来。
