我國科學家首次觀測到源自純能量的物質和反物質對產生
來源：科技日報
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2021-08-05 10:45:56
記者從中國科學技術大學獲悉，該校高能核物理課題組與美國布魯克海文國家實驗室和山東大學等單位的聯合研究團隊，首次在高能重離子碰撞過程中觀測到源自純能量的物質/反物質對的產生，并發現該過程中存在真空雙折射的跡象，研究成果日前發表在《物理評論快報》上。
中國科學技術大學近代物理系首任系主任趙忠堯先生是人類物理學史上第一個發現反物質的物理學家，并觀測到正負電子對的湮滅現象。1934年，科學家布雷特和惠勒提出這個現象的反過程，讓兩個光子通過撞擊結合在一起，有可能變成物質，形成電子和正電子。這種把光變成物質的過程是愛因斯坦質能方程的直接反映，表明能量和質量是可以相互轉化的。長期以來，人們期望通過超強功率的激光碰撞來觀測這個過程，然而兩個光子發生碰撞的概率非常低，其所需的最低激光功率仍然比目前功率最高的激光系統要高幾個數量級。
在布雷特和惠勒提出這個反應過程時，激光并沒有被發明，他們提出可以通過加速重離子到相對論能區并碰撞來實現光生物質。RHIC-STAR的研究團隊利用相對論重離子碰撞來尋找布雷特-惠勒的產生過程，在海量數據中找到6000多正負電子對，通過分析這些候選事例的配對質量和角分布以及與理論計算的比較，證實這些正負電子對源自布雷特-惠勒過程。更進一步，該研究團隊觀測到正負電子對的角關聯呈現4階余弦振蕩，這是真空雙折射現象的有力證據。
中國科大STAR研究團隊，主導研制了基于MRPC的飛行時間探測器，極大拓展了STAR實驗上帶電粒子的鑒別能力，在該實驗研究中發揮了關鍵作用。該校查王妹在實驗和理論分析中做出了重要貢獻。
RHIC-STAR是基于美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機(RHIC)上STAR實驗的大型國際合作組，由來自13個國家67個單位的706位科研人員組成。
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