Ученые сделали шокирующее открытие в мире физики! Они обнаружили экзотическое ядро, которое может изменить наше понимание Вселенной. Узнайте, как это открытие связано с антиматерией и что...

Столкновения тяжелых ионов в Большом адронном коллайдере (БАК) приводят к образованию кварк-глюонной плазмы — плотного и чрезвычайно горячего состояния материи. В 2015 году на БАК была создана кварк-глюонная плазма с температурой 10 триллионов градусов Цельсия. Ученые полагают, что именно такое вещество существовало во Вселенной через миллионную долю секунды после Большого взрыва.

Столкновения частиц в БАК также создают условия для формирования атомных ядер, экзотических гиперядер и их антиматериальных аналогов — анти-ядер и анти-гиперядер. Гиперядра состоят не только из нейтронов и протонов, но и из другой элементарной частицы — гиперона.

Изучение таких форм материи имеет важное значение для физики. Исследуя экстремальные условия, ученые лучше понимают процессы формирования адронов из кварков и глюонов в плазме, а также асимметрии материи и антиматерии, которые наблюдаются во Вселенной сегодня.

В результате столкновений тяжелых ионов до недавнего времени были обнаружены лишь самые легкие гиперядерные ядра, такие как гипертритон и гиперводород. Античастицу гипертритона удалось найти в 2010 году, а антигиперводород-4 был обнаружен только в 2024-м. Антигиперводород-4 состоит из антипротона, двух антинейтронов и анти-лямбда-гиперона.

Теперь ученые представили доказательства существования антигипергелия-4. Данные были собраны в ходе эксперимента ALICE (A Large Ion Collider Experiment, детектор столкновений тяжелых ионов), который является одним из восьми основных детекторов БАК. Экзотическое ядро состоит из двух антипротонов, антинейтрона и анти-лямбда-гиперона.

Результат имеет статистическую значимость 3,5 стандартных отклонений, что свидетельствует о высокой уверенности ученых в существовании антигипергелия-4. Это экзотическое ядро становится самым тяжелым антиматериальным гиперядерным ядром, обнаруженным на БАК. Результаты эксперимента описаны в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.

Измерения ALICE были собраны в результате столкновения свинцовых ядер в 2018 году при энергии 5,02 тераэлектронвольта на пару сталкивающихся частиц. Исследователи искали сигналы гиперводорода-4, гипергелия-4 и их антиматериальных партнеров в огромном объеме данных с помощью специально разработанного алгоритма машинного обучения.

Частиц-кандидатов на роль антигиперводорода-4 идентифицировали по распаду на ядро антигелия-4 и заряженный пион, в то время как кандидаты на антигипергелий-4 определялись по распаду на ядро антигелия-3, антипротон и заряженный пион.

Помимо обнаружения экзотических ядер, команда ALICE измерила количество и массы обоих гиперядер. Массы согласуются с результатами других экспериментов по всему миру. Полученные результаты сопоставили с расчетами статистической модели адронизации, которая хорошо описывает процесс образования адронов и ядер в столкновениях тяжелых ионов, и модель хорошо согласуется с экспериментальными данными. Размер гиперядер составляет около двух фемтометров (2⋅10⁻¹⁵ метров).

Соотношение античастиц к частицам для обоих гиперядер составляет 1:1. Это подтверждает равное образование материи и антиматерии при энергиях эксперимента в БАК. Физика высоких энергий пока не может объяснить дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной, однако каждый эксперимент приближает ученых к объяснению асимметрии материи.