中国超强激光产生反物质：到底有多牛？

　　2011年，STAR实验组在寻找到质量数等于3的反超氚核的基础上，通过其主探测器中的时间投影室(TPC)和中国STAR合作组研制的桶形飞行时间探测器(ToF)，在采集到的接近10 亿次金—金核对撞产生的约5千亿个带电粒子里找到了18个反氦4原子核。反氦4可能是未来很长一段时间内人类所能探测到的最重的反物质原子核，因为下一个更重的稳定反物质原子核产生的可能性是反氦4的百万分之一。其中起到关键性作用的ToF探测系统是由中美STAR合作组合作完成的， 探测器硬件和相应的物理部分是由STAR中国组研制完成的。马余刚及其领导的课题组与美国布鲁克海文国家实验室研究员唐爱洪等为主合作完成了这一重要发现。相关论文于2011年5月19日发表在《Nature》周刊上。

　　图5 STAR探测器结构示意图

　　从定性到定量：反物质相互作用的首次测量

　　目前为止，科学家们已经探测到了多种粒子对应的反粒子，即做了许多定性的观测，然而对反物质的定量研究却很少。以上海应物所研究成员为主的团队利用金核-金核碰撞中产生的丰富的反质子，测量了反质子-反质子动量关联函数，并首次定量地提取反质子-反质子相互作用参数。在实验精度内，反质子-反质子的散射长度和有效力程与质子-质子的是相等的，也就是说反物质间的相互作用与正物质并没有差别。在此次反物质间作用力的首次测量过程中，马余刚及其领导的课题组与美国布鲁克海文国家实验室研究员唐爱洪等合作， 从2012年初提出研究思路到历时3年多进行艰难的数据分析，为最终反物质间相互作用力的测量做出了关键性贡献。相关论文于2015年11月19日发表在《Nature》周刊上。

　　反物质究竟能给人类带来什么改变?

　　反物质从概念提出到目前取得的系列进展，显示了这个领域巨大的潜力。但是将反物质应用到人类生活的想法，现在还停留在科幻小说阶段。

　　但是以现有的发展速度，我们不难想象，利用反物质与普通物质湮没时能释放出的巨大能量，可以完美解决宇宙飞船的燃料问题，包括美国宇航局在内的一些专家已经在从事这方面的前沿研究，但目前进展非常缓慢。主要原因在两方面，其一是我们去哪里找反物质?既然宇宙中找不到反物质，人类只能自己去制造它。借助于传统加速器技术来产生反物质是一个普遍认可的方法，但是它的效率非常低，造价极其昂贵。其二是反物质的储存问题，即使到遥远的将来，人类可以理想的制造出反物质，怎么安全储存它将会是摆在科学家面前的另一个关键问题。但是当前反超氚核、反氦4的发现和反质子相互作用测量及其后续研究，无疑为反物质应用提供宝贵的信息。