Международная группа физиков обнаружила самые массивные атомные антиядра, когда-либо фиксировавшиеся. Данные по частоте появления и свойствам этих частиц могут помочь в поиске темной материи в удаленном космосе.
В 1928 году британский физик-теоретик Пол Дирак создал теорию, точно описывающую поведение электронов. Теория совпадала с экспериментальными данными. Но она предполагала существование электронов с отрицательной энергией, что противоречило тогдашнему пониманию стабильности Вселенной.
Ученые предложили другое объяснение «состояний с отрицательной энергией»: антиматерия, или антиэлектроны — аналоги электронов с противоположным электрическим зарядом. Антиэлектроны обнаружили в 1932 году, и со временем физики убедились в существовании античастиц для всех фундаментальных частиц.
Если антиэлектроны, антипротоны и антинейтроны могут образовывать антиатомы, то должны существовать и антипланеты, и антигалактики. Теория Большого взрыва утверждает, что в начале Вселенной появилось равное количество материи и антиматерии. Однако уже почти сто лет ученые наблюдают значительно больше материи, чем предсказывает теория.
Результаты исследований на установкеSTAR (Solenoidal Tracker at RHIC, соленоидный трекер коллайдера RHICОдного из непрерывных опытов коллайдера релятивистских тяжёлых ионов. RHICВ Национальной лаборатории Брукхейвена Министерства энергетики США окажут помощь. уточнить связанные с антиматерией физические теории.
В ходе экспериментов тяжелые атомы соударяются с большой скоростью. Это создает условия, подобные первым миллисекундам после Большого взрыва, и изучают последствия. Каждое столкновение порождает сотни новых недолговечных частиц — пионов, и STAR может зафиксировать их все. В детекторе STARЧастицы проходят через контейнер, наполненный газом, находящийся в магнитном поле. В этой среде они оставляют следы — треки, толщину и степень изгиба которых измеряют и анализируют ученые. Так определяют тип частицы, прошедшей через область наблюдения, и ее физические свойства.
В природе ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Искусственно можно создать «гиперядро», где один из нейтронов заменен на гиперон — более массивную версию нейтрона. Экспериментально зафиксировано… STARЭто ядро, состоящее из антиматерии, — антигиперядро. Это самое тяжёлое и редкое ядро антиматерии, которое когда-либо наблюдалось человеком.
Система состоит из двух антинейтронов, одного антипротона и антигиперона. Ядро получили название «антигиперводород-4». В ходе многолетних экспериментов с пионами было обнаружено всего 16 ядер антигиперводорода-4 среди миллиардов образовавшихся в результате экспериментов. Согласно актуальным физическим теориям, более тяжелые антигиперядра должны встречаться еще реже. Сравнение гиперядер с их антиматериальными аналогами показало равенство периодов жизни и масс — именно то, что предсказывает теория Дирака. Результаты исследования опубликованы в журнале. Nature.
Антиматерия тесно связана с темной материей. Наблюдения показывают, что темная материя в пять раз более распространена, чем обычная, но ее невозможно обнаружить непосредственно, и приходится ориентироваться по косвенным данным. Некоторые теории о природе темной материи предполагают, что при столкновении двух частиц темной материи происходит аннигиляция с образованием вспышки материи и антиматерии. Это может привести к… образованию антигелия, за которым следит эксперимент Alpha Magnetic Spectrometer на борту Международной космической станции.
Данные эксперимента STARТеоретические модели смогут помочь определить количество антиматерии, образующегося при взаимодействии обычной материи.