Rzadkie hiperjądra odkryte w Wielkim Zderzaczu Hadronów

W wyniku rewolucyjnego odkrycia fizycy z Wielkiego Zderzacza Hadronów odkryli ponad 100 rzadkich hiperjąder powstałych w wyniku zderzeń protonów w latach 2016–2018. Te hiperjądra to jądra atomowe zawierające kwark o niezwykłym smaku w jednej ze swoich cząstek jądrowych. Odkrycie to nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat fizyki cząstek elementarnych, ale ma także implikacje dla astrofizyki, w szczególności dla rozwikłania tajemnicy antyhelu znajdującego się w kosmosie.

 

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) znany jest ze swojej zdolności do zderzania cząstek z dużymi prędkościami, co umożliwia naukowcom badanie powstałych szczątków i identyfikację nieuchwytnych cząstek, których nie można zaobserwować w inny sposób. Podczas gdy jądra i antyjądra złożone z protonów i neutronów są dość powszechne, hiperjądra są znacznie mniej powszechne. W hiperjądrach, wraz z protonami i neutronami, znajdują się hiperony, a także dziwne kwarki.

Jednym z przykładów hiperjądra jest hipertryton, który składa się z protonów, neutronów i hiperonów lambda zawierających dziwny kwark. Znaczenie hiperjąder wykracza poza fizykę cząstek elementarnych: naukowcy uważają, że mogą powstawać w gęstych jądrach gwiazd neutronowych powstających w eksplozjach supernowych. Jednak ze względu na ich szybki rozpad najodpowiedniejszymi platformami do badania hipertrytonów i ich antycząstek są zderzacze cząstek, takie jak LHC.

Niedawnego odkrycia dokonano w ramach współpracy z Wielkim Zderzaczem Hadronów (LHCb), wykorzystując nową technikę opartą na wcześniej zebranych danych. Zamiast bezpośrednio wykrywać hipertrytony i antyhipertrytony, naukowcy zidentyfikowali produkty ich rozpadu. Rozpad tych niestabilnych cząstek powoduje powstanie kaskady cząstek o mniejszej masie.

Proces ten polega na zderzeniach protonów w LHC, w wyniku czego uwalniana jest energia, która może wygenerować „zupę cząstek”. W rzadkich przypadkach powstaje hipertryton lub antyhipertryton, który przelatuje około 40 cm w ciągu 240 pikosekund i rozpada się na antyproton oraz dodatnio naładowaną parę kwark-antykwark zwaną pionem. Podczas gdy pion opuszcza rdzeń, antyproton pozostaje uwięziony, zamieniając antyhipertryton w antyhel.

Rozpad hipertrytonów przebiega w podobny sposób: hiperon rozpada się na proton i ujemnie naładowany pion. W rezultacie jądro zamienia się w zwykłe jądro helu.

Odkrycie to otwiera nowe możliwości badań naukowych i dostarcza cennych informacji na temat podstawowych pierwiastków materii. Zidentyfikowanie tych rzadkich hiperjąder jest znaczącym osiągnięciem, które pogłębia naszą wiedzę o fizyce cząstek elementarnych i jej wpływie na zjawiska astrofizyczne. Pokazuje niezwykłe możliwości Wielkiego Zderzacza Hadronów w odkrywaniu tajemnic wszechświat.