Созданы самые тяжелые в истории сгустки антиматерии

Физики создали самые тяжелые скопления частиц антивещества, когда-либо виденные. Этот странный материал, известный как антигиперводород-4, может помочь разгадать некоторые из самых загадочных тайн физики.

Антивещество – это, по сути, обычная материя, имеющая противоположный заряд. В таком случае это звучит не очень интересно, но из этого простого различия есть огромные последствия: главным образом то, что всякий раз, когда материя и антиматерия встречаются, они аннигилируют друг друга с выбросом энергии. Если бы это можно было использовать, мы могли бы, например, создать самые эффективные двигатели для космических кораблей.

В любом случае, у каждой частицы есть античастица, и они должны быть способны группироваться вместе, образуя более крупные антиатомы знакомых элементов – так были созданы антиводород и антигелий, но теоретически должна существовать целая антипериодическая таблица.

Теперь ученые создали самое тяжелое на сегодняшний день ядро ​​антивещества — вещество, известное как антигиперводород-4. Он состоит из антипротона, двух антинейтронов и антигиперона. Хотя протоны и нейтроны хорошо известны, гипероны менее известны, но по сути они представляют собой немного более тяжелую версию нейтрона.

Эти антиядра были созданы на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), ускорителе частиц, воссоздающем условия ранней Вселенной. Здесь тяжелые элементы сталкиваются друг с другом, образуя потоки новых частиц, включая некоторые частицы антивещества. В чрезвычайно редких случаях некоторые из этих частиц антивещества встречаются, образуя более сложные антиядра. Фактически, среди многих миллиардов частиц, образовавшихся в этих столкновениях, было уверенно обнаружено только 16 ядер антигиперводорода-4.

«Только случайно эти четыре составные частицы возникают в результате столкновений на RHIC достаточно близко друг к другу, чтобы они могли объединиться, чтобы сформировать это антигиперядро», — сказал Лицзюань Жуань, со-представитель проекта.

Обнаружить их непросто — эти ядра антигиперводорода-4 распадаются примерно за одну десятую наносекунды. Вместо этого инструменты обнаруживают частицы, на которые они распадаются, отслеживая их пути назад, чтобы увидеть, провели ли они короткий период времени «вместе» в ядре, пройдя определенное расстояние после столкновения исходных тяжелых атомов.

Благодаря своим открытиям ученые смогли сравнить время жизни антигиперводорода-4 со временем жизни гиперводорода-4 и обнаружила, что они кажутся одинаковыми. Это было ожидаемо, поскольку материя и антиматерия одних и тех же элементов должны различаться только зарядом – но есть вероятность, что существуют и другие различия, которые намекают на физику за пределами Стандартной модели.

Лучшее понимание антивещества могло бы помочь ответить на одну из самых глубоких проблем физики: почему мы здесь? Лучшие модели предполагают, что материя и антиматерия должны были быть созданы в равных количествах при Большом взрыве, но если бы это было так, постоянные события аннигиляции, по сути, к настоящему времени оставили бы Вселенную пустой.

Поскольку этого, очевидно, не произошло, должен был быть небольшой дисбаланс, который создал больше материи, чем антиматерии, и изучение различий между ними могло бы помочь выяснить, что именно произошло. Следующим шагом в исследовании станет проверка различий в массах этих частиц и античастиц.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.