近日，由来自12个国家的52家科研单位近500名科学家组成的STAR合作组在位于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）上，首次直接测量了反质子－反质子间的相互作用力，这对理解反物质的构成起到了至关重要的作用。论文于11月5日在线发表在《自然》（Nature）杂志上。此次对反物质间相互作用的首次定量测量，标志着人们对反物质的形成机制研究有了新的跨越。 

自2000开始，我校科研人员为STAR研制基于多气隙电阻板室（MRPC）技术的飞行时间谱仪。 2010年，该探测器生产完成并安装在STAR实验上，其性能达到世界先进水平，在反物质寻找中发挥了重要的作用。继2011年发现世界上最重的反物质原子核——反氦-4之后，STAR合作组又利用该谱仪获得了大量反质子样本，并首次直接测量了两个反质子之间的相互作用力。 

在通常环境下，反物质的产额极为稀少，在此之前一直未有实验涉及反物质间相互作用力的定量测量。位于纽约长岛的相对论重离子对撞机利用两束接近于光速的金核对撞来模拟宇宙大爆炸，产生类似于宇宙大爆炸之后几个微秒时刻的物质形态。这种物质是由基本粒子即夸克、胶子组成的等离子体。它是一种新物质形态，具有大约是太阳中心25万倍的极端高温。然后，夸克-胶子等离子体迅速冷却产生大约等量的质子与反质子，这为研究反质子间的相互作用提供了极佳的机会。这种相互作用力使得核子或者反核子能够相结合成原子核或者反物质原子核。 

STAR合作组研究人员利用金核-金核碰撞中产生的丰富的反质子，通过反质子-反质子动量关联函数测量，扣除通过其他粒子衰变而来的次级反质子与其他反粒子关联的污染，精确地构建了反质子-反质子关联函数。结合量子多粒子关联理论，提取出反质子-反质子的有效力程和散射长度这两个基本作用参数。研究表明，在实验精度内，反物质间的相互作用与正物质没有差别。也就是说，反质子-反质子之间的强相互作用存在着吸引，它们可以克服由于同号（负电荷）的反质子-反质子之间的库仑排斥而结合成反物质原子核。这项研究成为检测正反物质对称性的又一种新方式。 

图1：STAR探测器内探测到的两个反质子-反质子关联示意图 

图2：MRPC飞行时间谱仪提供的粒子鉴别 

（物理学院、核探测与核电子学国家重点实验室、基本粒子和相互作用协同创新中心、科研部） 

论文链接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature15724.html