我们生活在一个物质的宇宙中。但除了物质之外，宇宙中其实还有一种相当罕见的反物质。物质和相对应的反物质粒子除了电荷相反，其他性质都相同——它们有一样的质量，衰变前有一样的寿命，也有一样的相互作用。而当两者相遇时，它们会湮灭并释放出能量。理论表明，在大爆炸之后，宇宙中应该产生了等量的物质和反物质。如果是这样，今天的宇宙似乎应该是湮灭后的一片虚空才对。显然，某些事件打破了这种平衡。
但究竟为什么会演变成这样，至今仍是个谜。
想要研究物质和反物质之间的不对称性，首先就需要确认各种不同的反物质粒子。近日，中国科学院近代物理研究所等参与的STAR国际合作组织，在对60亿次原子核对撞产生的粒子径迹进行了研究后，发现了一种新的反物质核，这也是迄今为止探测到的最重的反物质核。这些奇异的反核由4种反物质粒子组成，被称为反超氢-4。研究已于近日发表在《自然》上。
相对论重离子对撞机（RHIC）是布鲁克海文国家实验室的核物理研究设施，也是研究反物质的绝佳之所。这台巨型仪器可以进行重离子对撞。重离子是被夺去了电子的原子核，它们加速到接近光速的水平，模糊了离子中单个质子和中子的边界。能量聚积在由此产生的自由夸克和胶子（可见物质最基本的构成元素）汤中，并产生无数新粒子。
就像早期宇宙一样，RHIC制造的物质和反物质数量几乎相当。比较这些过程中产生的物质和反物质粒子的特性，或许能带来一些线索，揭开如今物质不平衡的谜团。研究人员此前已经观测到了RHIC对撞中产生的不少反物质核。2010年，团队探测到了反超氚。这是首次含有超子（至少含有一个奇夸克的粒子）的反物质核。仅仅一年后，团队又探测到了氦核的反物质反氦-4，从而打破了重量级的反物质纪录。
最近一项分析表明，反超氢-4也可能在对撞中“触手可及”。但是，探测这种不稳定的反超核是一种罕见事件，它需要在反氦核中加入一个反超子（尤其是一个反Λ粒子）来代替其中的一个质子。这需要4种成分，也就是一个反质子、两个反中子和一个反Λ粒子，从RHIC对撞中产生的夸克-胶子汤中发射出来，位置、方向和时间都要恰到好处，聚集在一起形成短暂的结合态。
然而，只有在很偶然的情况下，从对撞中出现的这4种粒子才靠得足够近，才能结合形成这种反超核。
为了找到反超氢-4，团队研究了这种不稳定的反超核所衰变的粒子径迹。其中一种衰变产物就是先前探测到的反氦-4核，此外还有一种简单的带正电的粒子，被称为π介子。团队借助了先前发现反氦-4的方法，然后用π介子径迹重建它们。所谓重建，就是追溯反氦-4和π介子的轨迹，看看它们是不是从一个点出现的。
虽然说起来看似简单，但实际上RHIC会产生大量π介子。对撞中出现的每个反氦-4都可能与成百上千的π介子配对。想要找到这种相当罕见的反超核，必须要筛选海量的对撞事件。关键在于，要找到两种粒子径迹存在某种特殊的交叉点，或者叫衰变顶点。简而言之，衰变顶点必须距离对撞点足够远，这样一来，这两种粒子才有可能是对撞后形成的反超核衰变而来的。
团队努力排除了其他所有潜在的衰变对的背景噪声。
最终分析发现了22个候选事件，估计背景计数为6.4。这意味着，其中大约有6个看起来像是反超氢-4衰变的原子核，可能只是随机噪声。减去背景信号，物理学家相信他们已经探测到了大约16个真正的反超氢-4核。这个结果至关重要。它让团队有机会对物质-反物质进行一些直观的比较。反超氢-4的物质“伙伴”是超氢-4，也就是由相同基本组件构成的普通物质。他们对比了反超氢-4和超氢-4的寿命以及反超氚和超氚的寿命。
意料之中的是，这两对的结果都没有表现出明显的差异。这些实验实际上是对一种相当强的对称形式的检验。目前普遍认为，违反这种对称性的情况极其罕见。如果真的观测到了这种对称性的破缺，那将是颠覆性的。所以，对物理学家而言，令人“欣慰”的是，对称性依然存在。这些结果进一步证实了，目前物理学的模型是正确的。