פיזיקאים עם הALICE שיתוף פעולהב-Cern's Large Hadron Collider (LHC) ראו את העדות הראשונה אי פעם לאנטי-היפרהליום-4, המורכב משני אנטי-פרוטונים, אנטי-נייטרון ואנטי-למבדה. התוצאה החדשה מייצגת גם את העדות הראשונה לאנטי-חומר הכבד ביותרהיפרגרעיןעדיין ב-LHC.
איור של ייצור אנטי-היפרהליום-4 בהתנגשויות עופרת-עופרת. קרדיט תמונה: J. Ditzel עם סיוע בינה מלאכותית.
התנגשויות בין יונים כבדים ב-LHC יוצרות פלזמה של קווארק-גלואון, מצב חם וצפוף של חומר שלדעתו מילא את היקום בסביבות מיליונית השנייה לאחר המפץ הגדול.
התנגשויות של יונים כבדים גם יוצרות תנאים מתאימים לייצור גרעינים אטומיים והיפר-גרעינים אקזוטיים, כמו גם מקביליהם אנטי-חומר, אנטי-גרעינים ואנטי-היפר-גרעינים.
מדידות של צורות חומר אלו חשובות למטרות שונות, כולל סיוע בהבנת היווצרות האדרונים מהקווארקים והגלואונים המרכיבים את הפלזמה ואת אסימטריית החומר-אנטי-חומר הנראית ביקום של ימינו.
היפר-גרעינים הם גרעינים אקזוטיים שנוצרו על ידי תערובת של פרוטונים, נויטרונים והיפרונים, כשהאחרונים הם חלקיקים לא יציבים המכילים קווארקים אחד או יותר מהסוג המוזר.
יותר מ-70 שנה מאז גילוים בקרניים קוסמיות, היפר-גרעינים נותרו מקור לקסם עבור פיזיקאים מכיוון שהם נמצאים רק לעתים רחוקות בטבע וזה מאתגר ליצור ולחקור אותם במעבדה.
בהתנגשויות של יונים כבדים נוצרים היפר-גרעינים בכמויות משמעותיות, אך עד לאחרונה רק ההיפר-גרעין הקל ביותר, היפרטריטון (המורכב מפרוטון, נויטרון ולמבדה), ושותפו האנטי-חומר, אנטי-היפרטריטון (המורכב מאנטי-פרוטון, אנטי-נייטרון. ואנטילמבדה), נצפו.
בעקבות התצפית האחרונה של, הפיזיקאים של ALICE זיהו אנטי-היפרהליום-4.
לתוצאה יש משמעות של 3.5 סטיות תקן והיא גם מייצגת את העדות הראשונה להיפר-גרעין האנטי-חומר הכבד ביותר עד כה ב-LHC.
מדידת ALICE מבוססת על נתוני התנגשות עופרת-עופרת שנלקחו בשנת 2018 באנרגיה של 5.02 טרה-אלקטרון-וולט (TeV) עבור כל זוג נוקלונים מתנגש (פרוטונים וניוטרונים).
תוך שימוש בטכניקת למידת מכונה העולה על טכניקות חיפוש היפר-גרעינים קונבנציונליות, החוקרים בדקו את הנתונים עבור אותות של היפרמימן-4, היפרהליום-4 ושותפיהם אנטי-חומר.
מועמדים להיפרהליום-4 זוהו על ידי חיפוש אחר גרעין (אנטי)הליום-4 והפיון הטעון שלתוכו הוא מתפרק, ואילו מועמדים להיפרהליום-4 זוהו באמצעות התפרקותו ל-(אנטי)הליום. -3 גרעין, פרוטון (אנטי) ופיון טעון.
בנוסף למציאת עדויות לאנטי-היפרהליום-4 עם מובהקות של 3.5 סטיות תקן, כמו גם עדות לאנטי-היפר-מימן-4 עם מובהקות של 4.5 סטיות תקן, צוות ALICE מדד את תפוקת הייצור ואת המסות של שני היפר-גרעינים.
"עבור שני ההיפר-גרעיניים, המסות הנמדדות תואמות את הערכים הממוצעים בעולם הנוכחיים", אמרו המדענים.
"תשואות הייצור הנמדדות הושוו עם תחזיות ממודל ההדרוניזציה הסטטיסטי, המספק תיאור טוב של היווצרות האדרונים וגרעינים בהתנגשויות של יונים כבדים".
"השוואה זו מראה שהתחזיות של המודל תואמות היטב את הנתונים אם הן מצבים היפר-גרעיניים נרגשים והן מצבי קרקע נכללים בתחזיות."
"התוצאות מאשרות שמודל ההדרוניזציה הסטטיסטי יכול גם לספק תיאור טוב של הייצור של גרעיני יתר, שהם עצמים קומפקטיים בגדלים של כ-2 פמטומטרים."
המחברים גם קבעו את יחסי התפוקה נגד חלקיקים לחלקיקים עבור שני הגרעינים ההיפר ומצאו שהם מסכימים עם אחדות בתוך אי הוודאות הניסויית.
"הסכם זה עולה בקנה אחד עם התצפית של ALICE על ייצור שווה של חומר ואנטי-חומר באנרגיות LHC ומוסיף למחקר המתמשך על חוסר איזון החומר-אנטי-חומר ביקום", סיכמו.
