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  清华工物系参与的有关反物质的科研成果在《自然》发表

 

   清华新闻网4月27日电 由中国科学家参加的美国布鲁克海文国家实验室RHIC-STAR国际合作组探测到氦核的反物质粒子——反氦核。英国《自然》(Nature)杂志于北京时间4月25日凌晨在线发表了该成果,并将于本月29日纸版出版。在该项研究成果中,由中国科学家队伍研制的大型飞行时间探测装置在该实验中起了关键的作用。而清华大学工程物理系的研究团队负责了探测器的研发和批量制作,实验运行刻度及实验数据分析,为实验做出了突出贡献。

  由中国国家自然科学基金委、中国科技部、中国科学院和美国能源部共同出资资助了STAR探测器上的“大型飞行时间探测装置”的研制。清华工物系研究团队的主要成员包括康克军、程建平、李元景和李金教授,王义、岳骞、朱相雷和张小平等老师。清华工物系从2000年就开始了多气隙电阻板室(MRPC)的研发,完成了用于STAR飞行时间探测器的MRPC样机的设计,并顺利实现了批量生产,完成了三千多个MRPC的制作和测试,产品各项性能指标均优于设计要求。团队在飞行时间探测器运行的刻度,粒子鉴别方法及物理分析方面也发挥了重要作用。王义老师是文章的主要作者之一,在探测器研制、批量制作和性能分析方面做出了突出贡献。

  位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)利用两束接近于光速的金核对撞来模拟宇宙大爆炸,产生类似于早期宇宙的物质形态。这种剧烈的碰撞产生大约等量的夸克和反夸克物质,其中一部分稳定的反物质可以在与正物质湮灭之前在STAR探测器中留下清晰的信号。STAR合作组利用中国科学家主持研制的先进大型飞行时间探测器(TOF)探测到18个反物质氦4原子核的信号(如图1所示)。这种新发现的反氦4和其同位素反氦3的质量均在其期待值附近,图2清楚地显示了通过STAR中国合作组研制的大型飞行时间探测器所测得的带电粒子质量和能量损失的二维图(上、中图),以及带电粒子质量的一维图(下图)。

  图1:STAR主探测器时间投影室和飞行时间探测器的三维图,金黄色的径迹代表一个包含反物质氦4的碰撞事例,红色的径迹代表此事例中的反物质氦4。

 

 

 图2:上图和中图是通过STAR中国合作组研制的大型飞行时间探测器所测得的带电粒子质量和能量损失的二维图;下图是带电粒子质量的一维图,反物质氦4的质量等于3.73GeV/c2。利用大型飞行时间探测器,我们可以在10亿次碰撞产生的5000亿条径迹中清晰地分辨出反物质氦4。

  反氦4可能是未来很长一段时间内所能探测到的最重反物质原子核,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,以现在的加速器技术几乎不可能实现。

  在类似于早期宇宙的条件下,产生和研究反物质是一件非常有意义的事情:宇宙大爆炸之初产生了等量的物质和反物质,而现今所能观测到的宇宙几乎全部是由物质所构成的。什么原因造成了物质和反物质的不对称性,反物质在哪里?这仍是困扰物理学家的一个未解之谜。2011年4月即将发射升空的阿尔法磁谱仪(AMS)将安装在国际空间站上去寻找宇宙的反物质,而STAR的这次测量结果将提供一个定量的背景估计值。

图3:图为论文页首。

   国家自然科学基金委副主任沈文庆院士评价说,这次STAR合作组的反氦4重要发现是继去年发现反物质超氚核后的又一具有重要里程碑意义的突破性进展,而在这两个重要的科学发现中我国的核物理学家队伍都起到了极为关键的作用,突显了基于大科学基础研究的国际合作的重要性。

  STAR合作组是由来自12个国家的54家科研单位组成,其中STAR中国合作组成员包括清华大学,中国科学技术大学、中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院近代物理研究所、华中师范大学、山东大学等。  

供稿:工物系 编辑:襄 桦

 

 

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2011-04-27 09:35:34]
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