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大多数人对氦气有两件事的了解。一是吸入氦气会使你的声音变得滑稽地尖锐；二是氦气非常轻，这就是为什么充满氦气的气球会在较重的空气中向上漂浮。但在粒子物理学方面——特别是当涉及到反物质的核物理学时——氦气绝不是轻量级的。普通氦气有两个质子和两个中子，质量是氢气的四倍，而氢是最轻的元素。（氢和氦都有其他稳定的同位素——质量不同的原子变体——但它们在自然界中很罕见。）
反物质领域是一种影子世界，在我们以物质为主的世界中，粒子具有相互湮灭的对应物——电子的反物质伙伴是正电子，质子的反物质伙伴是反质子，中子的反物质伙伴是反中子，等等。大爆炸应该产生了大量的物质和反物质，但后者在我们的经验中却出奇地稀少，物理学家和宇宙学家想知道为什么。为了研究这种看似自然界的不对称性，科学家们几十年来一直在高能碰撞中制造亚原子反粒子，甚至成功地产生了短寿命的反物质原子核和原子。
但是，这些反原子核和反原子很难控制——它们在接触普遍存在的普通物质时会以能量爆发的形式湮灭——并且仅以最基本的形式被创造出来，即作为反质子、反中子，有时是正电子的微小集合。现在，一个研究小组利用位于纽约州阿普顿的布鲁克海文国家实验室的粒子对撞机，产生了迄今为止最重的反物质组件：两个反质子和两个反中子，它们共同构成了氦4原子核（也称为α粒子）的反物质孪生体。（氦4是普通氦；对于更稀有、更轻的氦3同位素（具有两个质子和一个中子）已经观察到反物质对应物。）
通过筛选数十亿次金离子碰撞产生的粒子碎片，这些金离子在布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机中以 99.995% 的光速行进，然后在 STAR 探测器内部碰撞，研究人员识别出 18 个独立的氦4反原子核。（该对撞机简称 RHIC，STAR 是 Solenoidal Tracker at RHIC 的首字母缩写。）这些反原子核一旦在碰撞中产生，就会迅速与探测器中的普通物质湮灭并消失。研究人员于 3 月 16 日在 一篇发布在物理学预印本网站 arXiv.org 上的论文中宣布了他们的发现。
该研究的作者已将论文提交给Nature杂志，该杂志在出版前有严格的媒体沉默政策。因此，他们不想讨论他们的工作。（大众科学是Nature出版集团的一部分。）
但独立的物理学家称这项结果是一项令人印象深刻的实验成就，即使并非完全出人意料。“他们能够提取这些罕见产生的物体，这是一项巨大的技术成就，”马里兰大学帕克分校的核物理学家汤姆·科恩说。“但每个人都相信——我几乎可以说知道——反α粒子可能存在。” 科恩将这一壮举比作攀登世界最高峰：“你能做到这一点确实令人印象深刻，但珠穆朗玛峰顶峰的存在并不是什么大惊喜。”
另一位物理学家，因为被要求避免公开评论结果而希望保持匿名，也赞同科恩的反应。“他们能够做到这一点，看到这些罕见事件并令人信服地将它们分离出来，这真的非常非常令人印象深刻，”他说。“他们发现的是，没有什么令人震惊的；它就在预测的位置。”
真正令人震惊的是反物质的行为方式与物质相比存在一些偏差，这可能有助于解释为什么我们的宇宙环境以物质为主，几乎没有反物质。日内瓦郊外的大型强子对撞机等粒子对撞机现在每年都在向类似大爆炸的能量水平推进，以寻找此类新物理学的线索。在较低能量下进行的补充实验已经成功地产生并捕获了——尽管时间很短——反氢原子，目的是对反原子的性质进行精确测量。但到目前为止，物质-反物质不对称性的原因仍然是一个悬而未决的问题。
至于 STAR 合作组织新发现的氦4反原子核，它们很可能在一段时间内保持最重反物质碎片的桂冠。元素周期表上的下一个稳定原子核是锂6，它有三个质子和三个中子；它也将具有反物质对应物。但 STAR 研究人员指出，尽管氦4反原子核非常稀有，在十亿次碰撞中仅显现 18 次，但反锂6 仍然更加稀有。其预计的产生率约为氦4反原子核的百万分之一，这使其超出了当今加速器的能力范围。