W ramach eksperymentu ALICE naukowcy z CERN dokonali przełomowego odkrycia – po raz pierwszy zaobserwowali istnienie antyhiperhelu 4, czyli antymateriowego odpowiednika jądra hiperhelu. Jest to najcięższe znane dotąd antymateriowe hiperjądro odkryte w historii eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), co pozwala lepiej zrozumieć procesy, które miały miejsce we wczesnym Wszechświecie. Szczegóły opisano w pracy opublikowanej na serwerze preprintów arXiv.
W CERN odkryto nieuchwytne antycząstki
ALICE przeprowadził pomiary na podstawie danych uzyskanych podczas kolizji jonów ołowiu w 2018 r., kiedy energia każdego napotkanego protonu lub neutronu osiągała wartość 5,02 TeV (teraelektronowolta). W tak ekstremalnych warunkach możliwe jest stworzenie warunków zbliżonych do sytuacji we Wszechświecie około milionowej części sekundy po Wielkim Wybuchu, co umożliwia produkcję zarówno materii, jak i antymaterii w formie hiperjąder i ich antyodpowiedników.
Czytaj też: Niezwykłe odkrycie w CERN. Czy to początek nowej ery w fizyce cząstek?
Hiperjądra to egzotyczne jądra atomowe, które różnią się od typowych jąder obecnością hiperonu – cząstki zawierającej co najmniej jeden kwark dziwny. Standardowe jądra atomowe składają się z protonów i neutronów, natomiast w hiperjądrach neutrony lub protony są zastąpione przez hiperony. Hiperony, takie jak lambda, sigma czy ksi są nietrwałe i rozpadają się w krótkim czasie, dlatego hiperjądra są wyjątkowo rzadkie i trudne do zaobserwowania.
Naukowcy wykorzystali nowoczesne metody, w tym techniki uczenia maszynowego, które przewyższają tradycyjne metody wyszukiwania hiperjąder. Dzięki tym zaawansowanym algorytmom, zespół ALICE był w stanie skutecznie zidentyfikować sygnały dla różnych form hiperjąder – takich jak hiperwodór 4, hiperhel 4 – oraz ich odpowiedników z antymaterii: antyhiperwodór 4 i antyhiperhel 4.
W szczegółowych analizach, ALICE wykrył antyhiperhel 4 z wartością 3,5 odchyleń standardowych, a także antyhiperwodór 4 z wartością 4,5 odchyleń standardowych. Dzięki temu naukowcy uzyskali dowody na istnienie najbardziej złożonych form antymaterii w eksperymencie na LHC do tej pory.
Podczas eksperymentu ALICE zmierzył także ilości produkcji i masy tych hiperjąder. Wyniki były zgodne z przewidywaniami modelu statystycznej hadronizacji, który opisuje proces tworzenia hadronów w warunkach kolizji ciężkich jonów. Pomiar produkcji materii i antymaterii wykazał także, że stosunek ilości produkcji antyhiperhelu do hiperhelu oraz antyhiperwodoru do hiperwodoru jest bliski wartości 1, co sugeruje równoczesne tworzenie materii i antymaterii w eksperymentalnych warunkach.
Odkrycie to ma ogromne znaczenie dla badań nad asymetrią materii i antymaterii w kosmosie. Wciąż nie wiadomo, dlaczego w dzisiejszym Wszechświecie dominuje materia, podczas gdy antymateria jest znacznie rzadsza. Wyniki eksperymentu ALICE dostarczają cennych informacji, które pozwalają lepiej zrozumieć procesy formowania materii w plazmie kwarkowo-gluonowej i dynamikę interakcji między kwarkami i gluonami w warunkach skrajnych temperatur i gęstości.