Физики создали самые тяжелые сгустки частиц антиматерии, которые когда-либо видели. Известный как антигипергидроген-4, этот странный материал может помочь нам решить некоторые из самых загадочных физических загадок.
Антиматерия — это, по сути, обычная материя, имеющая противоположный заряд. Вот и все. Звучит не очень захватывающе, но из этого простого различия есть огромные последствия: в основном, когда материя и антиматерия встречаются, они уничтожают друг друга в выбросе энергии. Если бы мы могли это использовать, мы могли бы создать самые эффективные двигатели космических кораблей из когда-либо существовавших — или самое разрушительное оружие. Зная человечество, мы ставим на последнее.
В любом случае, у каждой частицы есть античастица, и они должны быть способны группироваться вместе, образуя более крупные антиатомы знакомых элементов – были получены антиводород и антигелий, но теоретически должна быть целая антипериодическая таблица.
Теперь ученые создали самое тяжелое ядро антиматерии на сегодняшний день, вещество, известное как антигиперводород-4. Оно состоит из антипротона, двух антинейтронов и антигиперона. В то время как протоны и нейтроны хорошо известны, гипероны менее известны, но они, по сути, являются немного более тяжелой версией нейтрона.
Эти антиядра были получены на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), ускорителе частиц, который воссоздает условия ранней Вселенной. Здесь тяжелые элементы сталкиваются друг с другом, образуя ливни новых частиц, включая некоторые частицы антиматерии. В крайне редких случаях некоторые из этих частиц антиматерии встречаются, образуя более сложные антиядра. Фактически, среди миллиардов частиц, полученных в этих столкновениях, были уверенно обнаружены только 16 ядер антигиперводорода-4.
«Только по чистой случайности эти четыре составляющие частицы появляются в результате столкновений RHIC достаточно близко друг к другу, чтобы они могли объединиться и образовать это антигиперядро», — сказал Лицзюань Жуань, сопредставитель проекта.
Детектор частиц STAR, наложенный на изображение типа треков частиц, которые он обнаруживаетДжо Рубино и Джен Абрамовиц/Брукхейвенская национальная лаборатория
Обнаружить их непросто — эти ядра антигипергидрогена-4 распадаются примерно за одну десятую наносекунды. Вместо этого приборы обнаруживают частицы, на которые они распадаются, прослеживая их пути, чтобы увидеть, провели ли они короткий период «вместе» в ядре, пройдя определенное расстояние после столкновения исходных тяжелых атомов.
Благодаря своим обнаружениям команда смогла сравнить время жизни антигиперводорода-4 со временем жизни гиперводорода-4 и обнаружила, что они, по-видимому, одинаковы. Этого и следовало ожидать, поскольку материя и антиматерия из одних и тех же элементов должны отличаться только зарядом, но есть вероятность, что есть и другие различия, которые намекают на физику за пределами Стандартной модели.
Лучшее понимание антиматерии может помочь нам ответить на одну из самых глубоких проблем в физике: почему мы здесь? Наши лучшие модели предполагают, что материя и антиматерия должны были быть созданы в равных количествах во время Большого взрыва, но если бы это было так, постоянные события аннигиляции должны были бы по сути оставить Вселенную пустой к настоящему времени.
Поскольку этого, очевидно, не произошло, должен был быть крошечный дисбаланс, который создал больше материи, чем антиматерии, и изучение различий между ними может помочь нам выяснить, что именно. Следующим шагом в исследовании станет проверка различий в массах этих частиц и античастиц.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
