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他们如何发现“最重”反粒子—新闻—科学网

发布时间:2017-12-04 阅读:

  他们如何找到“最重”的反粒子 - 新闻 - 科学网

  宇宙大爆炸宇宙学认为,宇宙是在一百七十七亿年前的一次大爆炸之后,形成一个密集而又热的奇点,然后逐渐扩大并发展到今天的物质世界。从理论上讲,在大爆炸中,正和反物质(与正相反但相同性质的相反电荷)存在等量;在接下来的几微秒内会出现一个新的物质形态,即物质的基本单位:由等离子组成的夸克和胶子。

  然而,在现实世界中,反物质很少被观察到,并且由夸克和胶子组成的等离子体尚未被观察到。所以它已经成为现代物理学的重要课题。

  今天,国家自然科学二等奖二等奖2016年的成果向寻找和理解这个新的夸克问题迈进了一大步,探索了积极的和消极的材料之间的不对称的深刻机制。

  十年后第一次沉寂光明剑

  两个金原子核以一定的速度碰撞了宇宙诞生的呐喊,产生了大致相同的正和反物质量。一对金核碰撞,会产生约500个粒子。科学家发现超过5000亿个粒子碰撞了10亿次碰撞,以找到各种基本粒子的痕迹。

  中国科学院上海应用物理研究所马玉刚研究队为了探索第一声喊话,重点研究了重离子碰撞中的反物质检测和夸克子类强声纳和项目的集体性,孜孜以求的几十年长期缺席国家自然科学奖。

  这是新世纪各国在核物理领域的第三次国家奖。马玉刚告诉“中国科学报”记者,前两次分别是2001年由上海应用物理研究所牵头的沉文清重离子核反应集体效应和奇异核一代及其性质,获得二等奖国家自然科学基金(马玉刚当时是第二个完成)。 2007年中国科学院近代物理研究所完成的中子漂移中子近中子滴流合成和核结构实验获国家自然科学二等奖。

  在此后的近十年中,整个核物理领域的整个国家核子奖的获奖状况一直空白。十年磨剑,这个奖项当之无愧。

  中国科学家面临困难

  为了探索宇宙婴儿的奥秘,核物理学家成立了一个国际合作组织RHIC-STAR,使用位于纽约长岛的布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)将金核接近碰撞通过螺旋轨道探测器(STAR),追踪各种基本粒子的线索,如夸克材料形态,抗物质粒子等。

  大多数外国科学家都专注于研究大量的传统粒子,但STAR-China团队选择了一个硬骨头去寻找反物质。前STAR国际合作组织发言人许辉教授说,在初步筛选中,反物质粒子太稀缺,许多外国科学家放弃了这个无望的领域。但马玉刚率领的中国科学家却面临困难。

  在实验中积累的5000多亿颗粒子中,只有70颗是反氚粒子(发表在“科学”上);和只有十几个反氦4粒子(在自然出版)。已经发现这些粒子的存在与高精度的STAR探测器及其组件TOF(TOF)是中国科学家共同努力的结果。

  STAR国际合作组织发言人许昌评价说:TOF在这一发现中发挥了关键作用。 STAR集团在中国的成员为数据分析做出了重大贡献。

  没有它,我们无法找到最重的反粒子。该项目的支持者之一陈洪芳教授说,STAR的原始探测器在高动量区域没有高分辨率,没有找到与其他颗粒混合的反氦4,但TOF能够抓住它尖锐的痕迹。

  真诚合作的跨界

  获得这些新发现与加入大型国际合作组织RHIC-STAR有着千丝万缕的联系。马玉刚感慨万分。以前,我国虽然有加速器,但只适用于中低能重离子核反应和核结构实验,缺乏大型加速器和高能重离子物理实验实验设备。另外,当时中国对高能核物理的研究主要集中在理论研究上,迫切需要建立一支强大的实验队伍。因此,与大型国际组织的合作已成为我国高能核物理发展突破的迫切要求。

  幸运的是,在国家纪委副主席王乃妍等支持者的支持下,在美国接触点黄焕忠教授的积极推动下,中国科学院沉文清院士召集并组织了6位国内研究机构和大学在2000年组建STAR中国组。

  在研究过程中,作为STAR-China集团的召集人,马玉刚与RHIC-STAR国际合作组的其他中外科学家密切合作,领导了工作组,并发现第一个反事物超级核 - 和反氦4核。夸克胶子等离子体信号是通过强子谱和集体性质的研究得到的。基于RHIC-STAR的大规模飞行时间探测器成功研制并首次应用于高能重离子碰撞实验。这些原创成果引起了国际上的广泛关注,对人们对自然物理形态的认识和宇宙早期物质形态的演变具有重要意义。

  面向未来的尖端十字

  马玉刚认为,加入大型国际组织不仅带来了科学前沿本身,更重要的是培养了一支高水平的实验队伍,通过参加重大国际合作项目,教师也定期参与相关研究,通过与国际先进团队的接触和尖端技术的研究,国内高能核物理实验队突然跨越国际标准。

  2016年获得国家自然科学奖不能没有这个优秀的团队。马玉刚说,除了每个获奖者的杰出贡献之外,STAR-China集团的所有成员也都感谢海外华人科学家的帮助。他们都为这个项目的成功做出了重要的贡献。

  与核电站,核医疗设备等领域的应用相比,马宇刚的研究小组属于基础研究,不那么引人注目,但是他有着广阔的视野,沉文清是中国的一名成员科学院表示,马玉刚现在已经开始在高能重离子对撞机上进行新的实验:欧洲核子中心的ALICE合作小组和上海交叉方向的一个新的核物理前沿,即光来源于上海核物理与超短超短激光 - 核物理研究。

  上海应用物理研究所所长赵振堂介绍说,研究小组一直在不断探索核物理的新前沿,目前正在承担国家重大科学工程上海市光源工程,对激光 - 伽玛射线光源建设项目进行升级改造,轻一点与核物理交叉领域的新研究。

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