Большой адронный коллайдер поставил рекорд самого тяжелого ядра антиматерии

В исследованиях антиматерии на Большом адронном коллайдере установлен новый рекорд. В результате столкновения высокоэнергетических ионов свинца ученые обнаружили свидетельства существования самого тяжелого из известных на сегодня атомных антиядер.

В 2024 году исследователи из коллаборации STAR на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке сообщили о кратковременном создании самого тяжелого на тот момент ядра антиматерии — антигиперводорода-4.

В ЦЕРНе подняли ставки, создав в Большом адроном коллайдере (LHC) еще более тяжелое ядро ​​антиматерии: антигипергелий-4. Статья об экспериментах подготовлена к печати в Physical Review Letters.

До сих пор детектор STAR в США опережал LHC в подобных рекордах. «Каждый раз, когда они [команда LHC] начинали искать что-то... эти ребята из STAR опережали их. Вырывали победу! Теперь впервые, самый-самый первый раз, появилось нечто, чего команда STAR еще не видела, но это уже обнаружили в ЦЕРНе», — говорит Хорст Штёкер из Франкфуртского института перспективных исследований.

«Все открытия в области антиматерии представляют большой интерес, и это — одно из тех, чего нам не хватало», — признался Бенджамин Дёнигус из Франкфуртского университета имени Гёте.

Его команда использовала машинное обучение для анализа данных эксперимента 2018 года на детекторе ALICE (LHC) и идентифицировала антигипергелий-4 с достоверностью 3,5 сигма. Хотя это и не дотягивает до «золотого стандарта» в пять сигм, результат все же указывает на высокую вероятность того, что открытие состоялось, а не стало следствием статистической погрешности.

Антигипергелий-4 состоит из смеси антипротонов, антинейтронов и гиперонов — экзотических частиц, содержащих один или несколько «странных» кварков. Эта «странность» трудно обнаруживается и сложна в воспроизведении. Как следствие, ученые до сих пор не до конца понимают, как гипероны ведут себя в природе, где, как считается, они возникают в экзотических условиях, например, в недрах нейтронных звезд, поясняет Дёнигус. Кроме того, остаются вопросы о том, как антиверсии этих и других частиц взаимодействуют друг с другом. 

«Всего открыто два гиперядра антиматерии, и оба — за последние 15 лет. [Теперь] ALICE предоставил доказательства существования третьего», — прокомментировал профессор Чжанбу Сюй из Кентского университета в Огайо.

По словам Штёкера, антигипергелий-4 также важен потому, что условия внутри коллайдера, в которых он образовался, на мгновение воспроизводят состояние Вселенной через миллионную долю секунды после Большого взрыва. Это состояние представляет собой «горячий суп» из безмассовых частиц, и идентификация возникающих в нем частиц и античастиц поможет понять, как родилась Вселенная, и почему в ней такой перекос между материей и антиматерией.

Ученые надеются обнаружить еще более тяжелые частицы антиматерии, а также антиверсии экзотических частиц, недавно открытых на других коллайдерах, заключил Дёнигус.