Аліса вперше знайде свідчення антиматеріального партнера Hyperhelium-4

Зіткнення між важкими іонами у великому адронному колайдері (LHC) створюють плазму Quark -Gluon, гарячий і щільний стан матерії, який, як вважається, заповнив Всесвіт близько мільйони секунди після великого вибуху. Важкі-іонні зіткнення також створюють відповідні умови для виробництва атомних ядер та екзотичних гіпернуклеїв, а також їх антиматеріалів, антинуклеї та антигіпернуклея.

Вимірювання цих форм речовини важливі для різних цілей, включаючи допомагають зрозуміти утворення адрон із складових кварків та глюонів у плазмі та асиметрії речовини-антиматера, що спостерігається у сучасному Всесвіті.

Гіпернуклеї – це екзотичні ядра, утворені сумішшю протонів, нейтронів та гіперонів, останні є нестабільними частинками, що містять один або кілька кварків дивного типу. Більше 70 років з моменту їх відкриття в космічних променях гіпернуклеї залишаються джерелом захоплення фізиками, оскільки вони рідко зустрічаються в природі, і це складно створити та вивчати їх у лабораторії.

У важких іонних зіткненнях гіпернуклеї створюються у значних кількостях, але до недавнього часу спостерігалися лише найлегший гіпернуклеус, гіпертрітон та його антиматерний партнер антигіпертритону. Гіпертрітон складається з протона, нейтронів і лямбда (гіперон, що містить один дивний кварк). Антигіпертритотон складається з антиротону, антинейтрона та антиламбди.

Following hot on the heels of an observation of antihyperhydrogen-4 (a bound state of an antiproton, two antineutrons and an antilambda), reported earlier this year by the STAR collaboration at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), the ALICE collaboration at the LHC has now seen the first ever evidence of antihyperhelium-4, which is composed of two antiprotons, an antineutron and an Антиламбда.

Результат має значення 3,5 стандартних відхилень, а також являє собою перше свідчення найважчого антиматеріального гіпернуклеуса, але в ЛГК. Висновки розміщені на арксів Сервер попереднього друку.

Вимірювання Аліси базується на даних про зіткнення свинцю -свинцю, взяті в 2018 році при енергетиці 5,02 тереелектроннольтів (TEV) для кожної зіткненої пари нуклонів (протонів та нейтронів). Використовуючи техніку машинного навчання, яка перевищує звичайні методи пошуку гіпернуклеїв, дослідники Аліси розглядали дані про сигнали гіпергідроген-4, гіперглію-4 та їх антиматеріалів.

Кандидатів на (анти) гіпергідроген-4 були ідентифіковані шляхом пошуку (анти) ядра гелію-4 та зарядженого піона, в який воно розпадається, тоді як кандидатів на (анти) гіпергелій-4 були ідентифіковані через його розпад у (анти) ядра гелію-3, (анти) протону та заряджену піон.

Окрім пошуку доказів антигіперхелію-4 із значущим 3,5 стандартними відхиленнями, а також доказами антигіпергідрогену-4 із значущим 4,5 стандартними відхиленнями, команда Alice вимірювала виробничі врожаї та маси обох гіпернуклея.

Для обох гіпернуклеїв вимірювані маси сумісні з поточними середніми значеннями світу. Вимірювані врожаї виробництва порівнювали з прогнозами моделі статистичної адронізації, що дає хороший опис утворення адрон та ядра у важких іонних зіткненнях.

Це порівняння показує, що прогнози моделі тісно узгоджуються з даними, якщо і збуджені гіпернуядерні стани, і наземні стани включені в прогнози. Результати підтверджують, що статистична модель адронізації також може забезпечити хороший опис виробництва гіпернуклеїв, які є компактними об’єктами з розміром близько 2 феметрів (1 фемтометр – 10^-15 метри).

Дослідники також визначили коефіцієнти виходу античастинок до частинок для обох гіпернуклеїв і виявили, що вони погоджуються з єдністю в експериментальній невизначеності. Ця угода узгоджується із спостереженням Аліси з рівним виробництвом речовини та антиматерії при енергій LHC і додає постійного дослідження дисбалансу речовини – антиматера у Всесвіті.