反质子实验初显成果，或助暗物质搜寻

上周，在两年一度的ICHEP会议上，AMBER 实验展示了其首次数据采集期间的成果。这些成果于 2023 年获取，呈现出了反质子产生截面的初步图表——即当质子束与氦靶相互作用时生成反质子的概率。深入了解反质子的产生方式将有助于提升对暗物质搜寻的灵敏度。

尽管物理学家能够观察到暗物质对宇宙的作用，但他们仍无法直接“看到”它，因为它不与电磁力发生反应。这意味着，尽管暗物质约占宇宙质量的四分之一，他们仍不清楚其究竟是什么。像 AMS 这类的空间实验通过收集宇宙射线的数据来探寻暗物质的线索——这些宇宙射线是来自外太空、撞击地球大气层的高能粒子。

AMS 所研究的宇宙射线中包含反质子，它们并非源自初级宇宙射线（由恒星或其他天体物理现象所致），而是当初级宇宙射线与星际介质相互作用时产生的。

近来，AMS 发现他们所观测到的部分反质子宇宙射线的数量超出了预期。这种超出或许是源于统计不确定性，也可能源自未知源头，比如暗物质。这致使物理学家们认为，部分反质子可能由暗物质产生。

这便是 AMBER 发挥作用之处。“倘若你有一种生成反质子的标准方式，且你想将这种标准方式与奇特方式区分开来，那你就得对其标准生产过程了如指掌。”AMBER 实验的研究员达维德·乔尔达诺说道。“通过研究其生产过程，我们正在降低太空中反质子预期背景的不确定性。倘若存在任何奇特的信号，我们将能更敏锐地察觉。”

AMBER 位于之前 COMPASS 实验所在之处，是一个新设施，它利用来自 SPS 的次级束流，并将其射向欧洲核子研究组织（CERN）北区的可替换固定靶。其物理项目的第一阶段包含三个实验：反物质产生截面的研究、质子半径的测量以及利用特定物理过程来研究强子如何获得其质量。

在去年的数据采集过程中，靶子是液态氦，所产生的粒子径迹由其光谱仪记录。Giordano 说：“在太空中产生反质子最常见的反应之一是质子与氦之间的反应。在 AMBER 出现之前，在与 AMS 相关的能量范围内，关于此反应没有实验数据。”

尽管结果尚处于初步阶段，但在国际高能物理大会（ICHEP）上展示的结果表明，AMBER 的状况良好，统计不确定性极低。“我们已经在 2024 年利用氢和氘作为目标获取了数据，”焦尔达诺说道。

AMBER 期望利用氢数据来研究质子—质子碰撞，这是太空中产生反质子的最为常见的反应。氘数据将使物理学家得以将质子—质子碰撞中反质子产生的速率与质子—中子碰撞中的速率进行比较，进而探究尚不为人熟知的生成不对称性。

AMBER 参与了多项实验，这些实验助力 AMS 开展宇宙射线数据收集工作。

由 CERN 提供