近日，STAR国际实验组首次发现一种新的反物质超核——反超氢-4核，这标志反物质研究取得重要突破。
该研究成果题为“Observation of the antimatter hypernucleus anti-hyperhydrogen-4”，8月21日在线发表在《自然》上，武汉科技大学为参与单位。
李汉林教授课题组与STAR国际实验组专家合影
反物质是指由反粒子组成的物质，其性质与普通物质中的粒子相反。反物质研究对于理解宇宙的起源和演化，以及基本粒子性质具有深远意义。反物质与正物质具有相同的质量但相反的电荷，当正物质与反物质相遇时会发生湮灭，转化为纯能量。这一特性不仅在理论物理中至关重要，在医学中的正电子发射断层扫描（PET）和未来的能源开发中也具有潜在应用。然而，为什么宇宙中几乎完全由正物质组成，而反物质非常稀少，这一正反物质的不对称性仍是现代物理学的未解之谜。
在STAR实验中，科学家们通过高能重离子对撞创造出极端条件，这些条件类似于宇宙大爆炸初期的状态。实验中，两束重原子核（如金核）被加速到接近光速并发生对撞，产生的能量相当于数万亿度的高温。这样的“微型大爆炸”短暂地再现了宇宙诞生初期的环境，使得正反物质能够在极高温度和密度下共存并产生复杂的物理现象。
STAR实验团队在分析了约66亿次重离子对撞事件后，成功识别出大约16个反超氢-4核（图1），是目前人类发现最重反物质超核。反超氢-4核由一个反质子、两个反中子和一个反Lambda超子组成，其结构比此前发现的反物质更加复杂。尽管它们在实验中的产量极低，但这些重反物质的发现验证了反物质在极端条件下的形成机制。更重要的是，反超氢-4核的寿命测量结果显示，其与普通超氢-4核的寿命在误差范围内一致，这表明正反物质在寿命这一基本属性上的对称性，从而加深我们对宇宙的理解。
反超氢-4核不变质量信号（Nature,632,1026-1031,2024）
武科大理学院李汉林教授在学校和学院的全力支持下，于2023年加入STAR合作组，在STAR实验中现正致力于实验数据分析与物理模型构建。
此次研究发表不仅是武科大作为参与单位首次在《自然》发表研究成果，也显示武科大在高能物理领域的国际影响力不断提升。该成果为学校培养高水平科研人才和提升国际科研合作水平提供了宝贵的经验和契机。未来，李汉林教授带领高能物理团队继续积极参与国际合作，在反物质和正反物质对称性等基础物理问题的研究上探索更深层次的理解，同时注重培养具有国际视野的科研人才，在高能物理研究领域做出有价值的贡献。
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