Физики впервые наблюдали новое гиперядро антиматерии — антигиперводород-4. Это самое тяжелое гиперядро антиматерии, обнаруженное в экспериментах на сегодняшний день. Исследование, проведенное под руководством ученых из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук, было опубликовано в журнале Nature.
Современная физика предполагает, что свойства материи и антиматерии симметричны и что при рождении Вселенной существовало равное количество материи и антиматерии. Однако некий загадочный физический механизм вызвал аннигиляцию большей части материи и антиматерии, в результате чего уцелела лишь одна из десяти миллиардов частиц материи. Эти частицы и образовали тот мир материи, который мы видим сегодня.
«Чем вызвана разница в количестве материи и антиматерии во Вселенной? Чтобы ответить на этот вопрос, важно создать новую антиматерию в лаборатории и изучить ее свойства», — говорит профессор Цюй Хао из IMP.
В современном мире, где преобладает материя, антиматерия встречается крайне редко, поскольку она легко аннигилирует с окружающей материей. Ядра и гиперядра антиматерии (ядра, содержащие гипероны, такие как лямбда), образующиеся при объединении нескольких антибарионов, получить еще сложнее. С тех пор как в 1928 году уравнение Дирака указало на существование антиматерии, ученые за почти столетие открыли всего 6 типов ядер антиматерии (гиперядер).
Недавно обнаруженный антигиперводород-4 был получен на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в США. RHIC позволяет разогнать пучки тяжелых ионов почти до скорости света и заставить их столкнуться. Эти столкновения моделируют условия ранней Вселенной в лаборатории, создавая огненные шары с температурой в несколько триллионов градусов, которые содержат примерно равное количество материи и антиматерии. Когда огненный шар быстро расширяется и остывает, часть антивещества ускользает от аннигиляции с веществом и обнаруживается детектором STAR.
Антигиперводород-4 состоит из одного антипротона, двух антинейтронов и одного антигиперона Лямбды. Из-за наличия нестабильного гиперона анти-Лямбда антигиперводород-4 распадается, пролетев всего несколько сантиметров.
«Проанализировав экспериментальные данные о примерно 6,6 миллиардах столкновений тяжелых ионов, мы реконструировали антигиперводород-4 из продуктов его распада — антигелия-4 и π+-мезона — и выявили сигнал примерно от 16 антигиперводородов-4», — говорит Ву Цзюньлинь, автор работы.
Исследователи также измерили время жизни антигиперводорода-4 и не обнаружили существенных различий по сравнению с соответствующей частицей гиперводорода-4 в пределах точности измерений, что еще раз подтверждает симметрию между свойствами материи и антиматерии.
Открытие и изучение антигипергидрогена-4 ознаменовало собой значительный прогресс в исследовании антиматерии и понимании симметрии материи и антиматерии.
[Фото: Image by IMP / Prof. QIU Hao]
