Znanstvenici otkrili najteže nakupine antimaterije

Znanstvenici koji proučavaju tragove čestica koje izviru iz šest milijardi sudara atomskih jezgri u Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) "razbijaču atoma" koji rekreira uvjete ranog svemira, otkrili su novu vrste jezgri antimaterije, najteže ikad otkrivene.

Sastavljene od četiri čestice antimaterije - antiprotona, dva antineutrona i jednog antihiperona, ovi egzotični antinukleusi poznati su kao antihipervodik-4.

Članovi RHIC-ove STAR kolaboracije, u koju su uključeni i istraživači američkog laboratorija Brookhaven National Laboratory došli su do otkrića koristeći svoj detektor čestica veličine kuće kako bi analizirali pojedinosti o ostacima sudara. Svoje su rezultate objavili u časopisu Nature i objasnili kako su već koristili te egzotične antičestice za traženje razlika između materije i antimaterije.

"Naše fizičko znanje o materiji i antimateriji je da, osim što ima suprotne električne naboje, antimaterija ima ista svojstva kao materija, istu masu, isti životni vijek prije raspadanja i iste interakcije", rekao je suradnik STAR-a Junlin Wu, student diplomskog studija na Zajedničkom odjelu za nuklearnu fiziku Sveučilišta Lanzhou. Ali stvarnost je da je naš svemir sačinjen od materije, a ne od antimaterije, iako se vjeruje da su obje stvorene u jednakim količinama u vrijeme Velikog praska prije nekih 14 milijardi godina.

Fizičari STAR-a prethodno su promatrali jezgre napravljene od antimaterije nastale u RHIC sudarima, a 2010. detektirali su antihipertriton. Ovo je bio prvi primjer jezgre antimaterije koja sadrži hiperon, koji je čestica koja sadrži barem jedan "čudan" kvark, a ne samo lakše kvarkove koji čine obične protone i neutrone.

Zatim, samo godinu dana kasnije, fizičari STAR-a srušili su taj rekord antimaterije otkrivši antimaterijski ekvivalent jezgre helija, odnosno antihelij-4.

Kako bi pronašli antihipervodik-4, fizičari STAR-a promatrali su tragove čestica na koje se ovaj nestabilni antihipernukleus raspada. Jedan od tih proizvoda raspada je prethodno otkrivena jezgra antihelija-4, a drugi je jednostavna pozitivno nabijena čestica koja se naziva pion (pi +). 

Kako bi pronašli rijetke antihipernukleuse, znanstvenici su pretraživali milijarde sudara. Svaki antihelij-4 koji proizlazi iz sudara mogao bi biti uparen sa stotinama ili čak 1000 pi + čestica.

Tim STAR-a naporno je radio kako bi isključio pozadinu svih drugih potencijalnih partnera u raspadnim parovima. Na kraju, njihova je analiza otkrila 22 događaja kandidata s procijenjenim pozadinskim brojem od 6,4.

Usporedili su životni vijek antihipervodika-4 sa životnim vijekom hipervodika-4, koji se sastoji od varijanti obične materije istih građevnih blokova. Također su usporedili životni vijek drugog para materija-antimaterija: antihipertriton i hipertriton. Niti jedan nije pokazao značajnu razliku, što nije iznenadilo znanstvenike.

Eksperimenti su, objasnili su, bili test posebno jakog oblika simetrije. Fizičari se općenito slažu da bi povreda ove simetrije bila izuzetno rijetka i da ne bi predstavljala odgovor na neravnotežu materije i antimaterije u svemiru.

Tim se složio kako su rezultati dodatno potvrdili da su modeli fizičara točni i da su "veliki korak naprijed u eksperimentalnom istraživanju antimaterije", a sljedeći korak bit će mjerenje razlike u masi između čestica i antičestica.

Istraživački rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.