В результате столкновений протонов на Большом адронном коллайдере в период с 2016 по 2018 год физики зафиксировали более 100 редких нестабильных гиперядер - атомных ядер, содержащих в одной из своих ядерных частиц кварк необычного «аромата».
Это открытие может помочь нам понять источник загадочного антигелия, предварительно обнаруженного в огромном космосе. Результаты исследования были представлены на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий.
Ядра и антиядра атомов состоят из барионов, а именно - протонов и нейтронов. Барионы, в свою очередь, состоят из пёстрой мешанины кварков и антикварков, в которой в среднем преобладают всего три аромата: два верхних и один нижний кварк для протонов и один верхний и два нижних кварка для нейтронов.
Иллюстрация нейтронной звезды, внутри которой, как считается, образуются гипероны.
Гораздо реже встречаются гиперядра, которые содержат гипероны в дополнение к протонам и нейтронам. В этих барионах появляются странные кварки.
Гипертритон - одно из таких гиперядер, состоящее из протонов, нейтронов и лямбда-гиперонов, которые содержат один странный кварк. Гиперядра, подобные гипертритону, представляют большой интерес в том числе и в астрофизическом контексте.
Учёные полагают, что гипероны могут образовываться внутри нейтронных звёзд - разрушившихся ядер некогда массивных звёзд, взорвавшихся сверхновыми. Эти ядра настолько плотные, что их физику трудно исследовать и понять.
Но они также очень быстро распадаются, поэтому если мы хотим найти гипертритоны и их античастицы, то коллайдер частиц, вероятно, является единственным подходящим местом для поиска.
Чтобы найти их, специалисты коллаборации LHCb использовали новую методику на данных, собранных во время одного из предыдущих запусков коллайдера. Гипертритон или антигипертритон не были обнаружены непосредственно, а были найдены продукты их распада. При столкновении протонов в Большом адронном коллайдере происходит выброс энергии, в результате которого может образоваться целый «суп» из частиц.
В редком случае возникает гипертритон или антигипертритон, который пролетает около 40 сантиметров за 240 пикосекунд и распадается на антипротон и положительно заряженную кварк-антикварковую пару, называемую пионом. Пион вылетает из ядра, но антипротон остаётся в ловушке, превращая антигипертритон в антигелий.
Диаграмма распада гипертритона на ядро гелия и пион. (LCHb Collaboration)
Процесс распада гипертритона происходит аналогичным образом, только гиперон распадается на протон и отрицательно заряженный пион, а ядро превращается в обычное ядро гелия.
Эти пионы и ядра гелия/антигелия исследователи и обнаружили в данных Большого адронного коллайдера, используя новую методику идентификации гелия, для чего коллайдер изначально не предназначался. Измерив массы ядер, команда смогла проследить их образование до распада гипертритонов и антигипертритонов: около 61 у первого и 46 у второго.
Астрофизические последствия этого весьма интересны. Измеряя, как антигелий образуется и аннигилирует в космосе, физики смогут лучше определить, какое его количество может достичь Земли. Это может подтвердить или опровергнуть возможное обнаружение антигелия, сделанное ещё в 2018 году.
Открытие открывает новые возможности для изучения свойств гипертритонов. Однако исследование имеет и более широкое значение. По словам исследователей, метод идентификации гелия также даёт физикам новый инструмент для изучения того, как кварки в барионах удерживаются вместе.
Источник новости: habr.com
