… το αντι-υπερ-υδρογόνο-4
Οι ερευνητική ομάδα του πειράματος STAR πραγματοποιώντας συγκρούσεις πυρήνων χρυσού στον επιταχυντή RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), ανακάλυψε ένα νέο είδος εξωτικού υπερπυρήνα αντιύλης, τον βαρύτερο που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα. Ονομάζεται αντιυπερυδρογόνο-4 και αποτελείται από τέσσερα σωματίδια αντιύλης: ένα αντιπρωτόνιο, δύο αντινετρόνια και ένα αντιυπερόνιο. Συμβολίζεται ως
Ένας υπερπυρήνας είναι παρόμοιος με τους συμβατικούς πυρήνες, με την διαφορά ότι περιέχει τουλάχιστον ένα υπερόνιο εκτός από τα συνηθισμένα πρωτόνια και νετρόνια. Τα υπερόνια είναι βαρυόνια που περιέχουν ένα ή περισσότερα παράξενα κουάρκ, αλλά όχι γοητευτικά, πυθμένες ή κορυφαία κουάρκ. Οι υπερπυρήνες που περιέχουν το ελαφρύτερο υπερόνιο, το λάμδα (Λ), τείνουν να είναι πιο σφιχτά συνδεδεμένοι από τους κανονικούς πυρήνες, αν και μπορούν να διασπαστούν μέσω της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Οι αντι-υπερπυρήνες συνίστανται από τα αντίστοιχα αντισωματίδια των υπερπυρήνων.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν την ανακάλυψή τους στο περιοδικό Nature (https://arxiv.org/abs/2310.12674) και αναφέρουν πως έχουν ήδη χρησιμοποιήσει αυτούς τους εξωτικούς αντι-υπερπυρήνες για να διερευνήσουν διαφορές μεταξύ ύλης και αντιύλης. Άλλωστε στο ερώτημα «γιατί το σύμπαν μας κυριαρχείται από την ύλη» δεν έχει δοθεί ακόμα οριστική απάντηση.
Στον επισταχυντή RHIC, πραγματοποιούνται συγκρούσεις βαρέων ιόντων – ατομικών πυρήνων που έχουν απογυμνωθεί από τα ηλεκτρόνια τους, με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Η ενέργεια που εναποτίθεται στο προκύπτον πλάσμα των ελεύθερων κουάρκ και γκλουονίων, των πιο θεμελιωδών δομικών στοιχείων της ορατής ύλης, δημιουργεί χιλιάδες νέα σωματίδια. Και όπως στο αρχέγονο σύμπαν, ο RHIC παράγει ύλη και αντιύλη σε σχεδόν ίσες ποσότητες. Η σύγκριση των χαρακτηριστικών της ύλης και των σωματιδίων αντιύλης που δημιουργούνται σε αυτές τις συγκρούσεις μπορεί να προσφέρει ενδείξεις για κάποια ασυμμετρία που ανέτρεψε την ισορροπία για να ευνοήσει την ύπαρξη της ύλης στον σημερινό κόσμο. Για να μελετηθεί η ασυμμετρία ύλης-αντιύλης, το πρώτο βήμα είναι να βρεθούν νέα σωματίδια αντιύλης. Κι αυτή είναι η βασική λογική πίσω από αυτό το πείραμα.
Οι φυσικοί του περιάματος STAR είχαν παρατηρήσει στο παρελθόν πυρήνες από αντιύλη που δημιουργήθηκαν σε συγκρούσεις στον RHIC. Το 2010, εντόπισαν το αντιυπερτρίτιο. Αυτή ήταν η πρώτη περίπτωση ενός πυρήνα αντιύλης που περιείχε ένα υπερόνιο, Στη συνέχεια, ένα χρόνο αργότερα, οι φυσικοί του STAR ανέτρεψαν αυτό το ρεκόρ «βαριάς» αντιύλης ανιχνεύοντας το αντιήλιο-4, τον πυρήνα αντιύλης που αντιστοιχεί στον πυρήνα του ηλίου.
Για να βρουν το αντιυπερυδρογόνο-4, οι φυσικοί του STAR εξέτασαν τα ίχνη των σωματιδίων στα οποία διασπάται αυτός ο ασταθής αντιυπερπυρήνας. Ένα από αυτά τα προϊόντα διάσπασης είναι ο πυρήνας αντιηλίου-4. Ένα δεύτερο προϊόν είναι το θετικά φορτισμένο σωματίδιο που ονομάζεται πιόνιο (π+).
Έτσι μέσα από έξι δισεκατομμύρια συγκρούσεις βαρέων πυρήνων εντόπισαν 16 υπερπυρήνες αντιυπερυδρογόνου-4, ένα νέο είδος υπερπυρήνα αντιύλης, τον βαρύτερο που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα.
Η ομάδα του STAR κατάφερε να κάνει κάποιες άμεσες συγκρίσεις ύλης-αντιύλης.
Συνέκρινε τη διάρκεια ζωής του αντιυπερυδρογόνου-4 με αυτόν του υπερυδρογόνου-4, το οποίο αποτελείται από τα αντίστοιχα σωματίδια ύλης, ένα πρωτόνιο, δύο νετρόνια και ένα υπερόνιο. Επίσης συνέκρινε τους χρόνους ζωής για ένα άλλο ζεύγος ύλης-αντιύλης: το αντιυπετρίτιο και το υπερτρίτιο. Κανένα από τα δύο δεν παρουσίασε σημαντική διαφορά, κάτι που δεν εξέπληξε τους επιστήμονες. Το επόμενο βήμα θα είναι η μέτρηση της διαφοράς μάζας μεταξύ των υπερπυρήνων και των αντίστοιχων αντι-υπερπυρήνων.
Πηγή: physicsgg
