Редкая и массивная частица, антигиперводород-4, была обнаружена учеными в ходе наблюдений

Международная группа физиков зарегистрировала образование самых массивных антиатомов, когда-либо наблюдаемых. Изучение частоты их возникновения и характеристик может способствовать поиску темной материи в отдаленных областях космоса.

В 1928 году британский физик-теоретик Поль Дирак предложил теорию, которая хорошо соответствовала реальным явлениям и экспериментальным данным. Однако она предполагала наличие электронов с отрицательной энергией, что ставило под сомнение возможность существования стабильной Вселенной, основанной на существующих представлениях.

Исследователи предложили иной вариант интерпретации «состояний с отрицательной энергией» – антиматерию, а именно антиэлектроны, являющиеся аналогами электронов, но обладающими противоположным электрическим зарядом. Антиэлектроны были впервые обнаружены в 1932 году, и впоследствии ученые подтвердили существование античастиц для всех фундаментальных частиц.

Если антиэлектроны, антипротоны и антинейтроны способны формировать антиатомы, то логично предположить наличие антипланет и антигалактик. Согласно теории Большого взрыва, в начальный период формирования Вселенной материи и антиматерии образовалось в равных пропорциях. Однако на протяжении почти столетия ученые констатируют значительно преобладание материи над антиматерией, что противоречит данной теории.

Читать также:  Физик представил доказательства возможности жизни в двумерном мире

Результаты исследований на установке STAR (Solenoidal Tracker at RHIC, соленоидный трекер коллайдера RHIC), являющегося одним из регулярных экспериментов на коллайдере релятивистских тяжелых ионов RHIC будут способствовать уточнить связанные с антиматерией физические теории.

В процессе проведения экспериментов происходит столкновение тяжелых атомов на значительной скорости. Это позволяет воспроизвести условия, существовавшие в первые миллисекунды после Большого взрыва, что дает возможность наблюдать за происходящими процессами. Каждое взаимодействие порождает сотни новых нестабильных частиц, включая пионы, и STAR может зафиксировать их все. В детекторе STARПри прохождении заряженных частиц через контейнер с газом, находящийся в магнитном поле, в среде формируются видимые «следы»-треки. Ученые измеряют и анализируют их параметры, такие как ширина и степень отклонения, чтобы установить тип частицы и определить ее физические характеристики.

Читать также:  Физики утверждают: для полного измерения Вселенной хватит одной секунды

В обычных условиях ядра атомов формируются из протонов и нейтронов. Однако возможно искусственное создание «гиперядра», в котором один из нейтронов замещается гипероном — более массивной частицей, похожей на нейтрон. То, что было зафиксировано во время эксперимента STARРечь идет об антигиперядре — ядре, состоящем из антиматерии. Это самое массивное и необычное ядро антиматерии, когда-либо зафиксированное человеком.

Оно включает в себя два антинейтрона, один антипротон и антигиперон. Ядро носит название «антигиперводород-4». В ходе многолетних экспериментов с пионами было зарегистрировано всего 16 ядер антигиперводорода-4 среди миллиардов полученных данных. Согласно современным физическим теориям, образование более тяжелых антигиперядер должно быть еще менее вероятным. Сравнительный анализ гиперядер и их антиматериальных двойников выявил идентичность периодов жизни и масс – что соответствует прогнозам, основанным на теории Дирака. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Антиматерия имеет связь с темной материей. Данные наблюдений свидетельствуют о том, что темной материи в пять раз больше, чем обычной, однако мы не можем обнаружить ее напрямую и используем косвенные данные. Некоторые теории, объясняющие природу темной материи, предполагают, что при взаимодействии двух частиц темной материи происходит их аннигиляция, сопровождающаяся выбросом энергии в виде материи и антиматерии. Это может привести к образованию антигелия, за которым следит эксперимент Alpha Magnetic Spectrometer на борту Международной космической станции.

Читать также:  Представлена инновационная технология очистки соленой воды

Данные эксперимента STAR помогут откалибровать теоретические модели, чтобы понять, сколько антиматерии производится при столкновении обычной материи.