Вчені зробили вражаюче відкриття в експериментах на колайдері! Вони виявили нову форму антиматерії, яка може змінити наше розуміння Всесвіту. Чи готові ви дізнатися, що це означає для май...

Стикання важких іонів у Великому адронному колайдері (ВАК) створюють кварк-глюонну плазму — щільний і дуже гарячий стан матерії. У 2015 році у ВАК була створена кварк-глюонна плазма з температурою 10 трильйонів градусів Цельсія. Вчені вважають, що саме така речовина заповнювала Всесвіт через мільйонну частку секунди після Великого вибуху.

Стикання частинок у ВАК також створюють умови для утворення атомних ядер, екзотичних гіперядер та їх антиматеріальних аналогів — анти-ядер та анти-гіперядер. Гіперядра складаються не лише з нейтронів і протонів, там є ще одна елементарна частинка — гіперон.

Дослідження таких форм матерії має велике значення для фізики. Вивчаючи екстремальні умови, вчені точніше розуміють процеси формування адронів з кварків і глюонів у плазмі, а також асиметрії матерії та антиматерії, що спостерігається у Всесвіті сьогодні.

У результаті зіткнень важких іонів до нещодавнього часу спостерігалися лише найлегші гіперядерні ядра, гіпертритон і гіперводень. Античастицю гіпертритона виявили у 2010 році, а антигіперводень-4 — лише у 2024-му. Антигіперводень-4 складається з антипротона, двох антинейтронів та анти-лямбда-гіперона.

Тепер вчені представили докази існування антигіпергелію-4. Дані були зібрані під час експерименту ALICE (A Large Ion Collider Experiment, детектор зіткнень важких іонів), одного з восьми основних детекторів ВАК. Екзотичне ядро складається з двох антипротонів, антинейтрона та анти-лямбда-гіперона.

Результат має статистичну значущість 3,5 стандартних відхилень, що означає, що вчені впевнені в існуванні антигіпергелію-4. Це екзотичне ядро стає найважчим антиматеріальним гіперядерним ядром, яке експериментально виявили на ВАК. Результати експерименту описані в статті, опублікованій на сервері препринтів arXiv.

Вимірювання ALICE були зібрані під час зіткнення свинцевих ядер у 2018 році при енергії 5,02 тераелектронвольта на зіткненні пар частинок. Дослідники шукали сигнали гіперводню-4, гіпергелію-4 та їх антиматеріальних партнерів у величезній кількості даних за допомогою спеціально розробленого алгоритму машинного навчання.

Частинки — кандидати на роль антигіперводню-4 були ідентифіковані за розпадом на ядро антигелію-4 та заряджений піон, тоді як кандидати на антигіпергелій-4 — за розпадом на ядро антигелію-3, антипротон і заряджений піон.

Окрім виявлення екзотичних ядер, команда ALICE виміряла кількість і маси обох гіперядер. Маси узгоджуються з іншими експериментами фізиків по всьому світу. Отримані результати порівняли з розрахунками статистичної моделі адронізації, яка добре описує процес утворення адронів і ядер у зіткненнях важких іонів, і модель добре узгоджується з експериментальними даними. Розмір гіперядери — приблизно два фемтометри (2⋅10⁻¹⁵ метрів).

Співвідношення античастинок до частинок для обох гіперядер — 1:1. Це підтверджує рівне утворення матерії та антиматерії при енергіях експерименту в ВАК. Фізика високих енергій поки не може пояснити дисбаланс матерії та антиматерії у Всесвіті, але кожен експеримент наближає вчених до пояснення асиметрії матерії.