反質子實驗初顯成果，或助暗物質搜尋

上週，在兩年一度的ICHEP會議上，AMBER 實驗展示了其首次數據採集期間的成果。這些成果於 2023 年獲取，呈現出了反質子產生截面的初步圖表——即當質子束與氦靶相互作用時生成反質子的概率。深入瞭解反質子的產生方式將有助於提升對暗物質搜尋的靈敏度。

儘管物理學家能夠觀察到暗物質對宇宙的作用，但他們仍無法直接“看到”它，因爲它不與電磁力發生反應。這意味着，儘管暗物質約佔宇宙質量的四分之一，他們仍不清楚其究竟是什麼。像 AMS 這類的空間實驗通過收集宇宙射線的數據來探尋暗物質的線索——這些宇宙射線是來自外太空、撞擊地球大氣層的高能粒子。

AMS 所研究的宇宙射線中包含反質子，它們並非源自初級宇宙射線（由恆星或其他天體物理現象所致），而是當初級宇宙射線與星際介質相互作用時產生的。

近來，AMS 發現他們所觀測到的部分反質子宇宙射線的數量超出了預期。這種超出或許是源於統計不確定性，也可能源自未知源頭，比如暗物質。這致使物理學家們認爲，部分反質子可能由暗物質產生。

這便是 AMBER 發揮作用之處。“倘若你有一種生成反質子的標準方式，且你想將這種標準方式與奇特方式區分開來，那你就得對其標準生產過程瞭如指掌。”AMBER 實驗的研究員達維德·喬爾達諾說道。“通過研究其生產過程，我們正在降低太空中反質子預期背景的不確定性。倘若存在任何奇特的信號，我們將能更敏銳地察覺。”

AMBER 位於之前 COMPASS 實驗所在之處，是一個新設施，它利用來自 SPS 的次級束流，並將其射向歐洲核子研究組織（CERN）北區的可替換固定靶。其物理項目的第一階段包含三個實驗：反物質產生截面的研究、質子半徑的測量以及利用特定物理過程來研究強子如何獲得其質量。

在去年的數據採集過程中，靶子是液態氦，所產生的粒子徑跡由其光譜儀記錄。Giordano 說：“在太空中產生反質子最常見的反應之一是質子與氦之間的反應。在 AMBER 出現之前，在與 AMS 相關的能量範圍內，關於此反應沒有實驗數據。”

儘管結果尚處於初步階段，但在國際高能物理大會（ICHEP）上展示的結果表明，AMBER 的狀況良好，統計不確定性極低。“我們已經在 2024 年利用氫和氘作爲目標獲取了數據，”焦爾達諾說道。

AMBER 期望利用氫數據來研究質子—質子碰撞，這是太空中產生反質子的最爲常見的反應。氘數據將使物理學家得以將質子—質子碰撞中反質子產生的速率與質子—中子碰撞中的速率進行比較，進而探究尚不爲人熟知的生成不對稱性。

AMBER 參與了多項實驗，這些實驗助力 AMS 開展宇宙射線數據收集工作。

由 CERN 提供