На Большом адронном коллайдере обнаружены редкие «гиперядра»

В результате столкновений протонов в Большом адронном коллайдере возник редкий тип частиц.

В период с 2016 по 2018 год физики зарегистрировали более 100 редких, нестабильных гиперядер – атомных ядер, содержащих необычный аромат кварка. в одной из их ядерных частиц.

Это открытие может помочь нам понять источник загадочного антигелия, предварительно обнаруженного далеко за пределами космоса.

Большой адронный коллайдер вот как это звучит: гигантская машина для сталкивания частиц друг с другом в результате высокоскоростных столкновений, чтобы физики могли тщательно изучать останки и искать такие вещи, как нестабильные, короткоживущие частицы, которые мы не можем обнаружить другим способом. p>

Ядра и антиядра – сердцевины атомов и их античастицы – довольно распространены и состоят из барионов, называемых протонами и нейтронами.

Барионы, в свою очередь, состоят из пенистой массы кварков и антикварки, в которых в среднем преобладают всего три аромата; два верхних кварка и один нижний кварк для протонов и один верхний кварк и два нижних кварка для нейтронов.

Гораздо реже встречаются гиперядра, которые помимо протонов и нейтронов содержат гипероны. В этих барионах появляются странные кварки.

Гипертритон — одно из таких гиперядер; оно состоит из протонов, нейтронов и лямбда-гиперонов, которые содержат один странный кварк.

Гиперядра, такие как гипертритон, представляют большой интерес не только сами по себе, но и в астрофизическом контексте.

Ученые полагают, что гипероны могут образовываться внутри нейтронных звезд — коллапсирующих ядер некогда массивных звезд, ставших сверхновыми. Эти ядра настолько плотны, что физику в них трудно исследовать и понять.

Но они также очень быстро распадаются, поэтому, если мы хотим найти гипертритоны и их античастицы, коллайдер частиц, вероятно, является единственным подходящим местом. искать.

Чтобы их найти, коллаборация Большого адронного коллайдера (LHCb) использовала новую технику на основе данных, собранных во время одного из предыдущих запусков коллайдера. Они не обнаружили непосредственно гипертритон или антигипертритон; скорее, они нашли продукты его распада.

По мере того, как нестабильные частицы распадаются, они превращаются в каскад частиц меньшей массы.

Вот что происходит. Протоны сталкиваются в Большом адроном коллайдере, что приводит к высвобождению энергии, которая может привести к образованию супа из частиц.

В этом редком случае возникает гипертритон или антигипертритон, который пролетает около 40 сантиметров (16 дюймов) примерно за 240 пикосекунд прежде чем распасться в антипротон и положительно заряженную пару кварк-антикварк, называемую пионом.

Пион вылетает из ядра, но антипротон остается внутри, превращая антигипертритон в антигелий. >

Процесс для гипертритона происходит таким же образом, за исключением того, что гиперон распадается на протон и отрицательно заряженный пион, а ядро ​​превращается в старое простое ядро ​​гелия.

Эти пионы и ядра гелия/антигелия — это то, что исследователи обнаружили в данных Большого адронного коллайдера, используя новую технику идентификации гелия, для которой коллайдер изначально не был предназначен. Измерив массы ядер, команда смогла проследить их формирование до распада гипертритонов и антигипертритонов: около 61 первых и 46 вторых.

Астрофизические последствия впечатляют. Измеряя, как антигелий создается и уничтожается в космосе, физики смогут лучше ограничить, какое его количество может реально достичь Земли. Это может подтвердить или опровергнуть возможное обнаружение антигелия, сделанное еще в 2018 году.

Это открытие предлагает новые средства для исследования свойств гипертритонов. Но исследование имеет и более широкое значение. По словам исследователей, метод идентификации гелия также дает физикам новый инструмент для изучения того, как кварки в барионах удерживаются вместе.

Результаты были представлены на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий. будет опубликовано в следующей статье.