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

Новости МирТесен

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.

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.

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.

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