El experimento científico más masivo del mundo lo ha vuelto a hacer, detectando evidencia 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 resolver el misterio de por qué la materia ordinaria llegó a dominar el universo, a pesar de que la materia y la antimateria se crearon en cantidades iguales al amanecer. tiempo.
Este desequilibrio se conoce como “asimetría materia-antimateria”. Las partículas de materia y antimateria se aniquilan al contacto, liberando su energía al cosmos. Esto implica que si no se hubiera producido un desequilibrio entre ambos al principio del universo, entonces el cosmos podría haber sido un lugar mucho más vacío y menos interesante.
El LHC no es ajeno a los descubrimientos innovadores sobre el universo primitivo. El LHC, que abarca un circuito de 27 kilómetros de largo bajo los Alpes cerca de Ginebra, Suiza, es famoso por su descubrimiento de la partícula bosón de Higgs, el «mensajero» del campo de Higgs responsable de dar su 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 idéntico a 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 obtener información sobre 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, así como 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 llamados 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 hizo algo misteriosos.
El descubrimiento de la primera evidencia de la existencia de hipernúcleos, que son una contraparte de antimateria del hiperhelio-4, se realizó en el detector ALICE del LHC.
Mientras que la mayoría de los nueve experimentos del LHC, cada uno con su propio detector, generan sus resultados ensamblando protones a una velocidad cercana a la de la luz, la colaboración ALICE crea un plasma de quarks y gluones ensamblando partículas mucho más rápidas, generalmente núcleos de plomo. «iones».
La colisión de iones de hierro (intenta decir diez veces más rápido) es ideal para generar grandes cantidades 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 el antihiperhidrógeno-4, compuesto por un antiprotón, dos antineutrones y una partícula que contiene un quark llamado “antilambda”.
ALICE siguió 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 permitieron detectar el hipernúcleo de antimateria más pesado jamás creado 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 identificaron la firma de antihiperhelio-4 a partir de los datos utilizando una técnica de aprendizaje automático que puede superar las técnicas de investigación habituales de la colaboración.
Además de detectar trazas 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 la cantidad de estas partículas producidas durante las colisiones entre plomo y plomo.
Encontraron que estas cifras 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 a 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.
