在国家自然科学基金创新研究群体项目、重点国际（地区）合作研究项目(项目批准号：11421505、11220101005）以及国家其他科研基金的大力支持下,由中国科学院上海应用物理所马余刚研究员与美国布鲁克海文实验室唐爱洪研究员领衔，STAR合作组的中外科学家近日在美国布鲁克海文国立实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）上，首次测量到反质子－反质子间的相互作用力，这对理解反物质的构成起到至关重要的作用。论文近期以“Measurement of interaction between antiprotons”（《反质子-反质子间相互作用力的测量》）为题发表在Nature上（链接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature15724.html）。
在通常的环境下，反物质的产额极为稀少，之前一直未有实验涉及反物质间相互作用力的定量测量。位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)利用两束接近于光速的金核对撞来模拟宇宙大爆炸，产生类似于宇宙大爆炸之后几个微秒时刻的物质形态。这种物质是由基本粒子，即夸克、胶子组成的等离子体新物质形态，它具有大约是太阳中心250,000倍的极端高温。然后夸克-胶子等离子体迅速冷却产生了大约等量的质子与反质子，这为研究反质子间的相互作用提供了极佳的机会。这种相互作用力使得核子或者反核子能够相结合成原子核或者反物质原子核，研究最简单的反质子之间的相互作用力可以为以后研究更为复杂的反物质原子核间的相互作用提供决定性的基础。
研究人员利用金核-金核碰撞中产生的丰富反质子，通过反质子-反质子动量关联函数的测量，扣除了通过其它粒子衰变过来的次级反质子与其他反粒子关联的污染，精确地构建了反质子-反质子关联函数。结合量子多粒子关联理论，提取出反质子-反质子的有效力程和散射长度这两个基本作用参数。研究表明，在实验精度内反物质间的相互作用与正物质并没用差别，即反质子-反质子之间的强相互作用存在着吸引，它们可以克服由于同号（负电荷）的反质子-反质子之间的库伦排斥而结合成反物质原子核。这项研究成为检测正反物质对称性的又一种新方式。
该研究对于理解自然界中物质-反物质不对称性提供了新的基础。我们的周围充满了普通物质，而反物质却非常稀少，这是一直以来困扰人类的一个难题。在宇宙大爆炸初期，夸克、反夸克是成对产生的，演化到现在，在物质空间缺失了数量上的对称性。而该项研究指出，反物质之间作用与正物质之间作用是对称的，标志着人类对反物质的研究进入了新篇章，从定性的观测跨越到定量相互作用的研究。
STAR合作组由来自12个国家的52家科研单位组成，马余刚研究员是中国合作组召集人，中方成员单位包括中国科学院上海应用物理研究所、中国科技大学、华中师大、清华大学、山东大学、中国科学院近代物理研究所等。在对反物质间作用力的首次测量过程中，从2012年初的研究思路提出到历时3年多的艰难数据分析，马余刚研究员及其领导的课题组与美国布鲁克海文国家实验室唐爱洪研究员等合作，作出了关键性贡献。