Перейти к содержимому 
Учёные, работающие на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC), объявили об открытии самого тяжёлого из когда-либо найденных ядер антиматерии. Эта частица, получившая название антигиперводород-4, уникальна даже по меркам антиматерии, ведь в ее состав входит странный антикварк.
Сердцевину атомов обычно составляют протоны и нейтроны, состоящие из кварков: верхних и нижних. Протон – это два верхних кварка и один нижний, а нейтрон – два нижних и один верхний. Но в природе существует ещё четыре типа кварков, некоторые из которых крайне нестабильны и могут существовать лишь мгновения при сверхвысоких энергиях. У каждого кварка есть свой антикварк с той же массой, но противоположным электрическим зарядом.
Один из таких “экзотических” кварков называется странным. Он участвует в формировании целого класса частиц – гиперонов. RHIC сталкивает атомы на огромных скоростях, воссоздавая условия, существовавшие в первые мгновения после Большого взрыва. Это помогает ученым искать ответ на одну из главных загадок физики: почему во Вселенной преобладает материя, а не антиматерия? Каждое столкновение порождает целый ливень новых частиц, и коллаборация STAR, проанализировав данные о 6 миллиардах таких событий, смогла обнаружить ядро антигиперводорода-4.
“Мы знаем, что материя и антиматерия практически идентичны, за исключением противоположных электрических зарядов, – объясняет участник коллаборации STAR Цзюньлинь Ву, аспирант Объединённого института ядерных исследований Ланьчжоуского университета и Института современной физики (IMP) в Китае. – У них одинаковая масса, время жизни и взаимодействия. Но почему наша Вселенная состоит в основном из материи – это до сих пор загадка”.
“Поиск новых частиц антиматерии – первый шаг к пониманию асимметрии материи и антиматерии”, – добавляет Хао Цю, научный руководитель Ву в IMP.
Антигиперводород-4 состоит из одного антипротона, двух антинейтронов и одного антилямбда-гиперона. Ранее эксперимент уже позволил получить антигелий-4, состоящий из двух антипротонов и двух антинейтронов и имеющий чуть меньшую массу, чем антигиперводород.
“Это невероятная удача, что четыре составляющие частицы оказались настолько близко друг к другу после столкновений в RHIC, что смогли объединиться в антигиперядро”, – делится Лицзюань Жуань из Брукхейвенской национальной лаборатории, одна из двух соруководителей коллаборации STAR.
Ключевую роль в открытии сыграл предыдущий опыт команды по работе с антигелием. Дело в том, что антигиперводород-4 распадается на антигелий-4 и пион (частицу, состоящую из кварка и антикварка). Отслеживая траектории движения антигелия и положительных пионов, учёные искали события, где обе частицы рождались в одной точке – это указывало бы на распад антигиперводорода-4. В итоге было обнаружено 16 событий, которые с высокой вероятностью можно считать распадом искомых ядер антиматерии.
Анализ свойств антигиперводорода-4 пока не выявил нарушений симметрии во Вселенной и не дал ответа на вопрос, почему она состоит из материи, а не антиматерии. Мы знаем, что разница между ними должна быть, иначе всё во Вселенной аннигилировало бы в одной яркой вспышке чистой энергии.
Где же искать эту разницу? Частицы взаимодействуют друг с другом в соответствии с законами физики, которые подчиняются определенным симметриям. Учёные ищут нарушения этих симметрий. Возможно, антиматерия ведёт себя иначе, что делает её менее “жизнеспособной”, чем материя? Или её свойства не соответствуют теоретическим предсказаниям? На данный момент есть лишь намёки, но не конкретные доказательства.
Поиск и изучение всё более тяжёлых частиц антиматерии крайне важен, так как именно там различия с материей могут быть наиболее заметны.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Читайте также: Нарушения симметрии в ранней Вселенной могут объяснить, почему сегодня материя превосходит антиматерию
