反物质粒子可以不被摧毁跨过星系

在欧洲核子研究中心的粒子对撞机上的实验提出由遥远太空中暗物质创造的反氦粒子可能使它到地球

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暗物质可能产生有足够高能量的反物质来穿过星系。sakkmesterke/Alamy

来自远处的反物质应该是棘手来发现的。当它遇到常规物质时它湮灭------它穿过的空间越多，对这些粒子越有遇到它们的结束的机会。但在粒子对撞机上的一个实验提出一些反物质粒子能不被摧毁跨我们的星系旅行。

在空间中，氦原子原子核的反物质版本------反氦原子核------被认为当宇宙射线与自由漂浮的原子碰撞时形成。理论提出当暗物质的粒子、一种充满宇宙大部分空间的神秘物质与彼此湮灭时它们也发生。如果在这种湮灭中制造的反核被探测到，它们可以揭示暗物质的新属性。

德国慕尼黑工业大学的斯蒂凡·科尼格斯托弗和他的在大型强子对撞机（LHC）的同事们想要看在太空中创造的反核是否可以让它完好无损到地球附近的探测器。

首先，他们测量了当反氦核击中一个粒子对撞机内的常规物质时多少氦核被破坏。利用瑞士欧洲核子研究中心粒子物理实验室的大型离子对撞机实验探测器，他们分析了非常高能质子和带电原子的碰撞，这些既创造了氦核又创造了反氦核。这两种的数量都应该相同，因此研究人员计数了多少个核存活下来来推断出有多少个反核被构成大型离子对撞机实验探测器的钢、碳和其他物质湮灭。

科尼格斯托弗说，他们用这个“消失概率”在一个计算机模拟反物质从遥远的空间比如我们星系的中心到地球的旅程。被暗物质创造的反核的模拟显示了甚至在穿越数万亿公里之后，大约一半这样的粒子在地球附近会使毫发无损的探测到成为可能。

研究人员还模拟了反核被宇宙射线创造，这理论上在宇宙中更少的地方形成，通常比被暗物质创造的更高能量。他们发现了只有它们的能量最大的会大量到达地球。

挪威科技大学的乔纳斯·杰姆斯兰说，这表明我们在地球上探测到的任何低能反氦核将可能已经来自暗物质。

瑞典斯德哥尔摩大学的蒂姆·林登说，“这个实验说如果任何天体物理天体出于任何原因产生反氦，我们都能用标准探测器在地球附近探测到它。而暗物质的信噪比将会非常高”。

加州大学圣克鲁兹分校的斯特芬诺·普罗富莫说，了解反核如何与星际物质相互作用是这个谜团的一个部分，但大型强子对撞机也调查它们如何形成。他说，更好地理解这一点可以帮助研究人员精细调整暗物质的理论。

科尼格斯托弗和他的同事们现在正在计划这样的实验。国际空间站的阿尔法磁谱仪实验已经可以探测到反核了，另一个探测器，由南极洲上空的气球携带的通用反粒子光谱仪将很快发射。

期刊参考：: Nature, DOI: 10.1038/s41567-022-01804-8

https://www.newscientist.com/article/2351056-antimatter-particles-could-cross-the-galaxy-without-being-destroyed/