一、ALICE 重大发现

ALICE 探测器在大型强子对撞机中占据着至关重要的地位。大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器，能够让质子以接近光速相互碰撞，产生各种各样的粒子。而 ALICE 探测器则致力于研究极端相对论下的原子核碰撞，其目标是研究强相互作用物质在极高能量密度下的物理特性。

大型强子对撞机中重离子之间的碰撞产生了夸克胶子等离子体，这是一种高温致密的物质状态，据信在宇宙大爆炸后约百万分之一秒内充满了宇宙。重离子碰撞还为原子核和奇异超核以及它们的反物质对应物反核和反超核的产生创造了适宜的条件。

此次 ALICE 探测器首次发现 Hyperhelium - 4 的反物质伙伴具有重大意义。超核是由质子、中子和超子混合形成的奇异核，后者是包含一个或多个奇异夸克的不稳定粒子。超核自在宇宙射线中被发现以来已有 70 多年，它在自然界中很少见，而且在实验室中制造和研究具有挑战性。在重离子碰撞中，超核大量产生，但直到最近，人们只观察到最轻的超核超氚子及其反物质伙伴反超氚子。

此次发现对于理解宇宙物质 - 反物质不对称等问题至关重要。测量这些形式的物质有助于了解强子从等离子体的组成夸克和胶子中形成的过程，以及当今宇宙中看到的物质 - 反物质不对称。例如，Q 球理论试图解释宇宙中物质 - 反物质的不对称，认为在宇宙大爆炸之后形成的 Q 球中会存在不相等的物质和反物质部分，当 Q 球 “爆开” 时，会释放出更多的物质，同时产生时空涟漪 —— 引力波。

ALICE 合作组现在首次发现了反超氦 - 4 的证据，它由两个反质子、一个反中子和一个反 λ 组成。该结果的显著性为 3.5 个标准差，也是迄今为止 LHC 上发现的最重反物质超核的第一个证据。ALICE 测量基于 2018 年对每对核子碰撞时获得的铅 - 铅碰撞数据，能量为 5.02 太电子伏特。ALICE 研究人员使用一种优于传统超核搜索技术的机器学习技术，查看了超氢 - 4、超氦 - 4 及其反物质伙伴的信号数据。通过寻找 (反) 氦 - 4 原子核及其衰变为的带电介子，确定了 (反) 超氢 - 4 的候选者，而通过其衰变为 (反) 氦 - 3 原子核、(反) 质子和带电介子，确定了 (反) 超氦 - 4 的候选者。

除了找到显著性为 3.5 个标准差的反超氦 - 4 证据以及显著性为 4.5 个标准差的反超氢 - 4 证据外，ALICE 团队还测量了两种超核的产量和质量。对于这两种超核，测量的质量与当前的世界平均值相符。将测量到的产量与统计强子化模型的预测结果进行了比较，该模型很好地描述了重离子碰撞中强子和原子核的形成。这种比较表明，如果预测中同时包括激发超核态和基态，则模型的预测与数据非常吻合。结果证实，统计强子化模型也能很好地描述超核的产生，超核是致密物体，大小约为 2 飞米。

研究人员还确定了两种超核的反粒子 - 粒子产率比，发现它们在实验不确定度范围内符合 1。这一一致性与 ALICE 观察到的 LHC 能量下物质和反物质的产量相等一致，并增加了对宇宙中物质 - 反物质不平衡的持续研究。