Chcą zbadać wczesny Wszechświat. Naukowcy odkryli nowy rodzaj jądra antymaterii

Fizycy pracujący w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC) w Brookhaven National Laboratory, gdzie odtwarzane są warunki panujące we wczesnym Wszechświecie, odkryli nowy rodzaj jądra antymaterii, które jest najcięższym, jakie do tej pory odkryto. Składa się z czterech cząstek antymaterii — antyprotonu, dwóch antyneutronów i jednego antyhiperonu i zostało nazwane antyhiperwodór-4.

Naukowcy ze STAR Collaboration zderzając w akceleratorze RHIC ciężkie jony z dużą prędkością zaobserwowali nieznaną, egzotyczną formę ciężkiej antymaterii. Odkryte w eksperymentach jądro antymaterii nazwali antyhiperwodór-4. Badając tę cząstkę fizycy mają nadzieję odkryć kluczowe różnice między materią i antymaterią, które mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego nasz Wszechświat jest wypełniony materią, a nie antymaterią.

Wyniki oraz opis prac ukazał się w czasopiśmie "Nature" (DOI: 10.1038/s41586-024-07823-0).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Uważa się, że ​​właściwości materii i antymaterii są symetryczne i że na początku istnienia Wszechświata istniały równe ilości obu z nich. Jednak jakiś nieznany, tajemniczy mechanizm spowodował anihilację większości materii i antymaterii. Pozostała tylko niewielka część materii, która utworzyła świat, jaki widzimy obecnie.

- Nasza wiedza fizyczna na temat materii i antymaterii jest taka, że ​​poza przeciwnymi ładunkami elektrycznymi, antymateria ma takie same właściwości jak materia - taką samą masę, taki sam czas życia przed rozpadem i takie same oddziaływania - powiedział Junlin Wu z IMP, zaangażowany w prace STAR Collaboration. - Dlaczego nasz Wszechświat jest zdominowany przez materię? To pytanie, na które wciąż nie znamy pełnej odpowiedzi – dodał.

- Co spowodowało różnicę w ilościach materii i antymaterii we Wszechświecie? Aby odpowiedzieć na to pytanie, ważnym podejściem jest stworzenie nowej antymaterii w laboratorium i zbadanie jej właściwości — powiedział prof. QIU Hao z Instytutu Fizyki Nowoczesnej (IMP) Chińskiej Akademii Nauk.

W dzisiejszym świecie zdominowanym przez materię antymateria jest niezwykle rzadka. Łatwo ulega anihilacji z otaczającą ją materią. Ale to nie znaczy, że jej nie ma. Naturalnie powstaje podczas wyładowań atmosferycznych. Wytwarzana jest również w akceleratorach, takich ja RHIC.

Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów to ogromne urządzenie, które znajduje się w USA w Brookhaven National Laboratory. Może przyspieszać wiązki ciężkich jonów do prędkości bliskiej prędkości światła i powodować ich zderzenia.

Te zderzenia symulują warunki wczesnego Wszechświata. Powstaje w nich mieszanina cząstek, która zawierają mniej więcej równe ilości materii i antymaterii. Część antymaterii jest wykrywana przez detektory akceleratora, zanim anihiluje z materią.

Badacze z RHIC już wcześniej obserwowali jądra zbudowane z antymaterii. W 2010 roku wykryli antyhipertryton składający się z antyprotonu, antyneutronu oraz hiperonu antylambda. Był to pierwszy przypadek jądra antymaterii zawierającego hiperon, czyli cząstkę zaliczaną do cząstek dziwnych zawierającą co najmniej jeden kwark dziwny, a nie tylko lżejsze kwarki górny i dolny, z których zbudowane są protony i neutrony. Rok później odkryto tam antymaterialny odpowiednik jądra helu: antyhel-4.

Hiperony występują hiperjądrach i zastępują tam co najmniej jeden nukleon. Pierwsze hiperjądro odkrył w 1952 roku profesor Marian Danysz oraz profesor Jerzy Pniewski z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Nowo odkryty antyhiperwodór-4 powstał właśnie w RHIC. Składa się z jednego antyprotonu, dwóch antyneutronów i jednego antyhiperonu. Ze względu na obecność niestabilnego hiperonu, antyhiperwodór-4 rozpada się niemal natychmiast.

- Po przeanalizowaniu danych eksperymentalnych z około 6,6 miliarda zdarzeń zderzeń ciężkich jonów zrekonstruowaliśmy antyhiperwodór-4 z jego produktów rozpadu – powiedział Wu dodając, że zidentyfikowali sygnał 16 antyhiperwodorów-4. Ta rekonstrukcja to nic innego jak odtworzenie trajektorii cząstek antyhelu-4 i pi+ (pion o ładunku dodatnim), aby sprawdzić, czy wyłoniły się z tego samego punktu.

Naukowcy zmierzyli również czas życia antyhiperwodoru-4 i nie znaleźli znaczącej różnicy w porównaniu z czasem życia odpowiadającej mu cząstki hiperwodoru-4, co dodatkowo potwierdza symetrię między właściwościami materii i antymaterii.

Źródło: Brookhaven National Laboratory, Chinese Academy of Sciences, fot. IMP

Twórz treści i zarabiaj na ich publikacji. Dołącz do WP Kreatora