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新進展！RHIC-STAR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(zhì)/反物質(zhì)對的產(chǎn)生
2021年08月06日 10:21:43
來源：中國科學技術大學 點擊量：6958
中國科學技術大學研究團隊在《物理評論快報》發(fā)表文章稱，他們首次在高能重離子碰撞過程中觀測到源自純能量的物質(zhì)/反物質(zhì)對的產(chǎn)生。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學技術大學高能核物理課題組與美國布魯克海文國家實驗室(BNL)和山東大學等單位的聯(lián)合研究團隊在《物理評論快報》發(fā)表文章稱，他們首次在高能重離子碰撞過程中觀測到源自純能量的物質(zhì)/反物質(zhì)對的產(chǎn)生，并發(fā)現(xiàn)該過程中存在真空雙折射的跡象。
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(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的物理學家，并觀測到正負電子對的湮滅現(xiàn)象：e+ + e- →γ + γ。
1934年，科學家布雷特和惠勒提出這個現(xiàn)象的反過程，讓兩個光子通過撞擊結(jié)合在一起，有可能變成物質(zhì)，形成電子和正電子。這種把光變成物質(zhì)的過程是愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2的直接反映，表明能量和質(zhì)量是可以相互轉(zhuǎn)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(fā)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(tǒng)要高幾個數(shù)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(fā)明，他們提出可以通過加速重離子到相對論能區(qū)并碰撞來實現(xiàn)光生物質(zhì)。
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多位科研人員組成。該研究團隊利用相對論重離子碰撞來尋找布雷特-惠勒的產(chǎn)生過程，在海量數(shù)據(jù)中找到6000多正負電子對，通過分析這些候選事例的配對質(zhì)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(lián)呈現(xiàn)4階余弦振蕩，這是真空雙折射現(xiàn)象的有力證據(jù)。
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(fā)揮了關鍵作用，中國科學技術大學物理學院教師查王妹也在實驗和理論分析中做出了重要貢獻。
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