CERN: Ανακαλύφθηκε άγνωστο σωματίδιο αντιύλης που ρίχνει φως στην ύπαρξη του Σύμπαντος
Επιστήμονες που παίρνουν μέρος στο πείραμα ALICE στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN είδαν την πρώτη ένδειξη αντιυπερηλίου-4, το οποίο αποτελείται από δύο αντιπρωτόνια, ένα αντινετρόνιο και ένα αντιλάμδα. Το νέο αποτέλεσμα αντιπροσωπεύει την πρώτη ένδειξη του βαρύτερου υπερπυρήνα αντιύλης που έχει εμφανισθεί στον LHC.
Οι συγκρούσεις μεταξύ βαρέων ιόντων στον LHC δημιουργούν πλάσμα κουάρκ-γλουονίων, μια θερμή και πυκνή κατάσταση ύλης που πιστεύεται ότι γέμισε το Σύμπαν περίπου ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι συγκρούσεις βαριών ιόντων δημιουργούν επίσης κατάλληλες συνθήκες για την παραγωγή ατομικών πυρήνων και εξωτικών υπερπυρήνων, καθώς και των αντίστοιχων αντιύλης τους, αντιπυρήνων και αντιυπερπυρήνων.
Οι μετρήσεις αυτών των μορφών ύλης είναι σημαντικές για διάφορους σκοπούς, συμπεριλαμβανομένης της βοήθειας στην κατανόηση του σχηματισμού αδρονίων από τα συστατικά κουάρκ και γλουονίων του πλάσματος και την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης που παρατηρείται στο σημερινό Σύμπαν. Οι υπερπυρήνες είναι εξωτικοί πυρήνες που σχηματίζονται από ένα μείγμα πρωτονίων, νετρονίων και υπερονίων, με τα τελευταία να είναι ασταθή σωματίδια που περιέχουν ένα ή περισσότερα κουάρκ του παράξενου τύπου.
Περισσότερα από 70 χρόνια από την ανακάλυψή τους στις κοσμικές ακτίνες, οι υπερπυρήνες παραμένουν πηγή γοητείας για τους φυσικούς επειδή σπάνια βρίσκονται στη φύση και είναι δύσκολο να δημιουργηθούν και να μελετηθούν στο εργαστήριο.
Σε συγκρούσεις βαρέων ιόντων, δημιουργούνται υπερπυρήνες σε σημαντικές ποσότητες, αλλά μέχρι πρόσφατα μόνο ο ελαφρύτερος υπερπυρήνας, ο υπερτρίτον (αποτελούμενος από ένα πρωτόνιο, ένα νετρόνιο και ένα λάμδα) και ο συνεργάτης του αντιύλης, το αντιυπέρτριτον (αποτελούμενο από ένα αντιπρωτόνιο, ένα αντινετρόνιο και ένα αντιλάμδα), έχουν παρατηρηθεί.
Μετά την πρόσφατη παρατήρηση του αντιυπερυδρογόνου-4, οι φυσικοί του ALICE εντόπισαν αντιυπερήλιο-4.
Η αναζήτηση
Η ανακάλυψη βασίζεται σε δεδομένα σύγκρουσης μολύβδου-μολύβδου που ελήφθησαν το 2018 σε ενέργεια 5,02 τεραηλεκτρονβολτ (TeV) για κάθε ζεύγος νουκλεονίων που συγκρούονται (πρωτόνια και νετρόνια). Χρησιμοποιώντας μια τεχνική μηχανικής μάθησης που ξεπερνά τις συμβατικές τεχνικές αναζήτησης υπερπυρήνων, οι ερευνητές εξέτασαν τα δεδομένα για σήματα υπερυδρογόνου-4, υπερηλίου-4 και των συνεργατών τους κατά της ύλης.
Οι υποψήφιοι για το (αντι)υπερϋδρογόνο-4 εντοπίστηκαν αναζητώντας τον πυρήνα (αντι)ηλίου-4 και το φορτισμένο πιόνιο μέσα στο οποίο διασπάται, ενώ οι υποψήφιοι για το (αντι)υπερήλιο-4 εντοπίστηκαν μέσω της διάσπασής του σε (αντι)ηλίου -3 πυρήνας, ένα (αντι)πρωτόνιο και ένα φορτισμένο πιόνιο.
Και για τους δύο υπερπυρήνες, οι μετρούμενες μάζες είναι συμβατές με τις τρέχουσες παγκόσμιες μέσες τιμές», δήλωσαν οι επιστήμονες.
«Οι μετρούμενες αποδόσεις παραγωγής συγκρίθηκαν με προβλέψεις από το στατιστικό μοντέλο αδρονοποίησης, το οποίο παρέχει μια καλή περιγραφή του σχηματισμού αδρονίων και πυρήνων σε συγκρούσεις βαρέων ιόντων. Αυτή η σύγκριση δείχνει ότι οι προβλέψεις του μοντέλου συμφωνούν στενά με τα δεδομένα εάν στις προβλέψεις περιλαμβάνονται και οι διεγερμένες υπερπυρηνικές καταστάσεις και οι βασικές καταστάσεις. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι το στατιστικό μοντέλο αδρονοποίησης μπορεί επίσης να παρέχει μια καλή περιγραφή της παραγωγής υπερπυρήνων, που είναι συμπαγή αντικείμενα με μεγέθη περίπου 2 femtometers. Οι συγγραφείς προσδιόρισαν επίσης τις αναλογίες απόδοσης αντισωματιδίου προς σωματίδιο και για τους δύο υπερπυρήνες και διαπίστωσαν ότι συμφωνούν με την ενότητα εντός των πειραματικών αβεβαιοτήτων. Αυτή η συμφωνία είναι συνεπής με την παρατήρηση της ALICE για την ίση παραγωγή ύλης και αντιύλης στις ενέργειες LHC και προσθέτει στη συνεχιζόμενη έρευνα για την ανισορροπία ύλης-αντιύλης στο Σύμπαν» αναφέρει η ερευνητική ομάδα.
