El Gran Colisionador de Hadrones encuentra la primera evidencia de la partícula de antimateria más pesada hasta el momento
Los científicos del detector ALICE del CERN están replicando las condiciones encontradas durante el Big Bang, intentando llegar al fondo de cómo la materia llegó a dominar sobre la antimateria.
El experimento científico más masivo del mundo lo ha vuelto a hacer, detectando indicios de la partícula de antimateria más pesada jamás encontrada.
Esto significa que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente jamás construido, ha permitido a los científicos vislumbrar las condiciones que existían cuando el universo tenía menos de un segundo de edad. La partícula de antimateria es compañera de una partícula de materia masiva llamada hiperhelio-4, y su descubrimiento podría ayudar a los científicos a abordar el misterio de por qué la materia regular llegó a dominar el universo, a pesar de que la materia y la antimateria se crearon en cantidades iguales al amanecer. de tiempo.
Este desequilibrio se conoce como "asimetría materia-antimateria". Las partículas de materia y las partículas de antimateria se aniquilan al contacto, liberando su energía de regreso al cosmos. Eso implica que si un desequilibrio entre los dos no hubiera surgido temprano en el universo, entonces el cosmos podría haber sido un lugar mucho más vacío y menos interesante.
El LHC no es ajeno a los descubrimientos que cambian paradigmas sobre el universo primitivo. El LHC, que recorre un circuito de 27 kilómetros (17 millas) de largo bajo los Alpes cerca de Ginebra, Suiza, es famoso por su descubrimiento de la partícula del bosón de Higgs, el "mensajero" del campo de Higgs responsable de dar masa a otras partículas. en los albores de los tiempos.
Las colisiones que se producen en el LHC generan un estado de la materia llamado "plasma quark-gluón". Este denso mar de plasma es lo mismo que la "sopa primordial" de materia que llenó el universo aproximadamente una millonésima de segundo después del Big Bang.
De este plasma de quarks y gluones emergen "hipernúcleos" exóticos y sus homólogos de antimateria, lo que permite a los científicos vislumbrar las condiciones del universo primitivo.
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ALICIA a través del espejo
Los hipernúcleos contienen protones y neutrones como los núcleos atómicos ordinarios y también partículas inestables llamadas "hiperones". Al igual que los protones y los neutrones, los hiperones están compuestos de partículas fundamentales llamadas "quarks". Mientras que los protones y los neutrones contienen dos tipos de quarks conocidos como quarks arriba y abajo, los hiperones contienen uno o más de los llamados "quarks extraños".
Los hipernúcleos se descubrieron por primera vez en los rayos cósmicos, lluvias de partículas cargadas que caen sobre la Tierra desde el espacio profundo hace unas siete décadas. Sin embargo, rara vez se encuentran en la naturaleza y son difíciles de crear y estudiar en el laboratorio. Esto los ha vuelto algo misteriosos.
El descubrimiento de la primera evidencia de hipernúcleos que es una contraparte de antimateria del hiperhelio-4 se realizó en el detector ALICE del LHC.
Si bien la mayoría de los nueve experimentos en el LHC, cada uno con su propio detector, generan sus resultados al chocar protones a una velocidad cercana a la de la luz, la colaboración ALICE crea plasma de quarks y gluones al chocar partículas mucho más pesadas, generalmente núcleos de plomo o "iones".
El La colisión de iones de hierro (intenta decir que diez veces más rápida) es ideal para generar cantidades significativas de hipernúcleos. Sin embargo, hasta hace poco, los científicos que realizaban colisiones de iones pesados sólo habían logrado observar el hipernúcleo más ligero, el hipertritón, y su compañero de antimateria, el antihipertritón.
Eso fue hasta principios de 2024, cuando los científicos utilizaron el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) en Nueva York para detectar antihiperhidrógeno-4, que está compuesto por un antiprotón, dos antineutrones y una partícula que contiene quarks llamada "antilambda".
Ahora, ALICE ha seguido esto con la detección de una partícula antihipernúcleo más pesada, el antihiperhelio-4, compuesta por dos antiprotones, un antineutrón y un antilambda.
La colisión plomo-plomo y los datos de ALICE que produjeron la detección del hipernúcleo de antimateria más pesado hasta el momento en el LHC se remontan a 2018.
La firma del antihiperhelio-4 fue revelada por su desintegración en otras partículas y la detección de estas partículas.
Los científicos de ALICE extrajeron la firma del antihiperhelio-4 a partir de los datos utilizando una técnica de aprendizaje automático que puede superar la firma del antihiperhelio-4. técnicas de búsqueda habituales en la colaboración.
Además de detectar evidencia de antihiperhelio-4 y antihiperhidrógeno-4, el equipo de ALICE también pudo determinar sus masas, que concordaban con las teorías actuales de la física de partículas.
Los científicos también pudieron determinar las cantidades de estas partículas que se producen en las colisiones entre plomo y plomo.
Encontraron que estos números son consistentes con los datos de ALICE, que indican que la antimateria y la materia se producen en cantidades iguales a partir del plasma de quarks y gluones producido en los niveles de energía que el LHC es capaz de alcanzar.
La razón del desequilibrio materia/antimateria del universo sigue siendo desconocida, pero el antihiperhelio-4 y el antihiperhidrógeno-4 podrían proporcionar pistas importantes sobre este misterio.