2011年，STAR實驗組在尋找到質量數等于3的反超氚核的基礎上，通過其主探測器中的時間投影室(TPC)和中國STAR合作組研制的桶形飛行時間探測器(ToF)，在采集到的接近10 億次金—金核對撞產生的約5千億個帶電粒子里找到了18個反氦4原子核。反氦4可能是未來很長一段時間內人類所能探測到的最重的反物質原子核，因為下一個更重的穩(wěn)定反物質原子核產生的可能性是反氦4的百萬分之一。其中起到關鍵性作用的ToF探測系統(tǒng)是由中美STAR合作組合作完成的， 探測器硬件和相應的物理部分是由STAR中國組研制完成的。馬余剛及其領導的課題組與美國布魯克海文國家實驗室研究員唐愛洪等為主合作完成了這一重要發(fā)現(xiàn)。相關論文于2011年5月19日發(fā)表在《Nature》周刊上。

　　圖5 STAR探測器結構示意圖

　　從定性到定量：反物質相互作用的首次測量

　　目前為止，科學家們已經探測到了多種粒子對應的反粒子，即做了許多定性的觀測，然而對反物質的定量研究卻很少。以上海應物所研究成員為主的團隊利用金核-金核碰撞中產生的豐富的反質子，測量了反質子-反質子動量關聯(lián)函數，并首次定量地提取反質子-反質子相互作用參數。在實驗精度內，反質子-反質子的散射長度和有效力程與質子-質子的是相等的，也就是說反物質間的相互作用與正物質并沒有差別。在此次反物質間作用力的首次測量過程中，馬余剛及其領導的課題組與美國布魯克海文國家實驗室研究員唐愛洪等合作， 從2012年初提出研究思路到歷時3年多進行艱難的數據分析，為最終反物質間相互作用力的測量做出了關鍵性貢獻。相關論文于2015年11月19日發(fā)表在《Nature》周刊上。

　　反物質究竟能給人類帶來什么改變?

　　反物質從概念提出到目前取得的系列進展，顯示了這個領域巨大的潛力。但是將反物質應用到人類生活的想法，現(xiàn)在還停留在科幻小說階段。

　　但是以現(xiàn)有的發(fā)展速度，我們不難想象，利用反物質與普通物質湮沒時能釋放出的巨大能量，可以完美解決宇宙飛船的燃料問題，包括美國宇航局在內的一些專家已經在從事這方面的前沿研究，但目前進展非常緩慢。主要原因在兩方面，其一是我們去哪里找反物質?既然宇宙中找不到反物質，人類只能自己去制造它。借助于傳統(tǒng)加速器技術來產生反物質是一個普遍認可的方法，但是它的效率非常低，造價極其昂貴。其二是反物質的儲存問題，即使到遙遠的將來，人類可以理想的制造出反物質，怎么安全儲存它將會是擺在科學家面前的另一個關鍵問題。但是當前反超氚核、反氦4的發(fā)現(xiàn)和反質子相互作用測量及其后續(xù)研究，無疑為反物質應用提供寶貴的信息。