Оффлайн
- Регистрация
- 9 Май 2015
- Сообщения
- 1,486
- Баллы
- 155
Ученые впервые наблюдали антигипероводород-4, открыв новые горизонты в физике частиц. Изображение: bnl.gov
Международная команда физиков из коллаборации STAR на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории совершила прорыв в понимании фундаментальных свойств материи и антиматерии. Дело в том, что ученым впервые удалось наблюдать экзотическое антиядро, которое состоит из четырех частиц антиматерии – двух антинейтронов, одного антигиперона и одного антипротона. Новый тип ядра получил название антигиперводород-4, а его обнаружение подтверждает существование редких и экзотических объектов. Отметим, что коллайдер RHIC воссоздает условия ранней Вселенной, представляя уникальную возможность для изучения асимметрии между материей и антиматерией во Вселенной. Звучит непросто, согласны, так что давайте разбираться!
Асимметрия вещества и антивещества – одна из главных нерешенных задач в физике. Предполагается, что асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого Взрыва.
Антиматерия и антивещество
Материю, которая состоит из античастиц – «зеркальных отражений» ряда элементарных частиц, обладающих одинаковыми спином и массой, – называют антиматерией. И хотя считается, что Вселенная состоит из материи, а не из антивещества, и то и другое, вероятно, присутствовало на космических просторах в равных количествах во время Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад.
Антивещество, в свою очередь, состоит из античастиц, которые стабильно не образуются в природе (на сегодняшний день антивещество в нашей Галактике и за ее пределами не обнаружено). По этой причине ядра атомов антивещества синтезируются учеными и состоят из антипротонов и антинейтронов, а оболочки — из позитронов.
Асимметрия вещества и антивещества – одна из главных проблем современной науки. Изображение: interestingengineering.com
Таким образом, чтобы изучить асимметрию вещества и антивещества во Вселенной физики первым делом должны обнаружить новые частицы антивещества. Именно такой логики придерживались авторы нового исследования, в журнале Nature.
Больше по теме:
Эксперимент проходил на коллайдере RHIC для столкновения ядер золота при энергиях, достигающих 200 ГэВ на нуклон. Эти высокоэнергетические столкновения создают условия, аналогичные тем, что существовали в первые микросекунды после Большого взрыва и порождали кварк-глюонную плазму — состояние материи, где кварки и глюоны не связывались в привычные протоны и нейтроны.
Международная исследовательская группа, которая специализируется на изучении свойств сильно взаимодействующей материи при высоких энергиях на RHIC – коллаборация STAR.
Антигиперводород-4
В рамках эксперимента ученым впервые удалось наблюдать антигиперводород-4 – экзотическое гиперядро антиматерии (гиперядра – это ядра, в которых содержатся гипероны – частицы, включающие по крайней мере один странный кварк). Это самое тяжелое гиперядро антиматерии из всех обнаруженных на сегодняшний день.
Авторы нового исследования также искали специфические сигнатуры распада антигиперводорода-4. Отметим, что распад этого нестабильного ядра приводит к образованию антигелия-4 и положительно заряженного пиона (π⁺). Антигелий-4, как говорится в работе, «ранее был обнаружен коллаборацией STAR, что помогло в идентификации новых событий».
Антигиперводород-4 состоит из антипротона, двух антинейтронов и антиламбда-гиперона (антигиперона). Изображение: futurezone.at
Стоит ли говорить, что поиск и наблюдение антигиперводорода-4 был крайне сложной задачей. Более того, по словам Лицзюань Жуана, физика из Брукхейвенской национальной лаборатории, «только по счастливой случайности четыре составляющие частицы — антипротон, два антинейтрона и антигиперон — могут выйти из столкновения достаточно близко друг к другу, чтобы сформировать антиядро».
Не пропустите:
Команда также проанализировала треки миллиардов столкновений, чтобы найти редкие события, соответствующие распаду антигиперводорода-4. Каждый антигелий-4, выходящий из столкновения, мог быть связан с сотнями или даже тысячами положительных пионов.
При столкновении RHIC образуется множество пионов. Изображение: theconversation.com/
Главная задача для ученых состояла в том, чтобы найти пары частиц, чьи траектории пересекаются в одной точке — вершине распада, обладающей определенными характеристиками.
Результаты исследования
В результате тщательного анализа физики обнаружили 22 события, из которых около 6,4 можно было бы объяснить «фоновым» шумом. Это означает, что примерно 16 событий соответствуют реальным распадам антигиперводорода-4. Такая статистическая значимость позволила команде провести прямое сравнение свойств материи и антиматерии.
Антигиперводород-4 – ключ к разгадке тайн Вселенной. Изображение: techno-science.net
Исследователи также сравнили «время жизни» антигиперводорода-4 с его материальным аналогом — гипергидрогеном-4 и провели сравнения пар гипертритона и антигипертритона. Полученные в рамках эксперимента результаты показали, что время жизни этих пар практически идентично, что соответствует предсказаниям Стандартной модели физики элементарных частиц.
Еще больше интересных статей о последних открытиях в области физики и высоких технологий, читайте на – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!
Значение открытия для науки
Открытие, как отмечают его авторы, свидетельствует о том, что за исключением противоположных электрических зарядов, антиматерия имеет те же свойства, что и материя. Но так как наша Вселенная состоит преимущественно из материи, причины этого дисбаланса до сих пор остаются загадкой. К счастью, открытие антигиперводорода-4 предоставляет новый инструмент для исследования асимметрии.
Результаты эксперимента также подтверждают предсказания о том, что свойства антиматерии должны быть зеркальным отражением свойств материи.
Обнаружение 16 реальных событий с участием антигиперводорода-4 при ожидаемом фоновом шуме в 6,4 события дает высокую уверенность в результатах эксперимента. Изображение: giantfreakinrobot.com
Результаты нового исследования также открывают возможности для дальнейших исследований более тяжелых антиматериальных ядер и гиперядер, что может привести к более глубокому пониманию сильного взаимодействия и процессов, которые наблюдаются в таких экстремальных условиях, как внутренняя структура нейтронных звезд.
Вам будет интересно:
Будущие исследования
В будущем команда коллаборации STAR планирует продолжить исследования в этой области, используя более совершенные методы детектирования и анализа данных. Возможность создания и наблюдения более сложных антиматериальных структур может привести к новым открытиям в области ядерной физики и космологии.
Доктор Хао Цю из Института современной физики полагает, что для дальнейшего изучения асимметрии между материей и антиматерией, необходимо открытие новых антиматериальных частиц. Он подчеркивает, что результаты нового исследования – это большой шаг вперед в экспериментальном изучении антиматерии.
В будущем эти исследования могут помочь разгадать одну из величайших тайн Вселенной — почему она состоит преимущественно из материи, а не антиматерии. Изображение: physicsworld.com
В общем и целом, авторы научной работы в очередной раз подтвердили правильность существующих моделей и совершили большой шаг вперед в экспериментальных исследованиях антивещества.
Ранее ученые приблизились к пониманию того, почему антиматерии во Вселенной меньше, чем материи.
Отметим также, что историческое наблюдение антигиперводорода-4 подтверждает фундаментальные принципы физики и открывает новые пути для исследований, демонстрируя возможности современных технологий и важное значение международного сотрудничества в достижении прорывных результатов.
Почему ученым из России ограничили доступ к БАК?
Значимость международного сотрудничества, о которой говорят авторы нового исследования, увы, сегодня очевидна не всем. Недавно Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН), которая управляет Большим адронным коллайдером, последние связи с физиками из российских научных организаций начиная с 1 января 2025 года.
Таким образом ЦЕРН закрывает российским ученым доступ к своим исследовательским проектам. Сотрудники ЦЕРН подтвердили эту информацию журналистам The Insider, уточнив, что ограничение касается не только граждан России, но и ученых всех национальностей, которые сотрудничают с российскими институтами.
Большой адронный коллайдер – единственная в своем роде ускоритель частиц. С ним работают ученые со всего мира. Изображение: britannica.com
В соответствии с правилами, которые вступят в силу 1 декабря 2024 года, уже 1 января 2025 года российские ученые, которые ранее не участвовали в проектах ЦЕРН, не смогут сотрудничать с европейским институтом.
По теме:
Единственным исключением стали действующие контракты между ЦЕРН и ОИЯИ, которые не будут расторгнуты. Это означает, что те российские ученые, которые уже работают над совместными проектами в ЦЕРН, смогут продолжить исследования.
Российские ученые из научных организаций РФ с 1 января 2025 будут лишены возможности работать на БАК. Изображение: i.guim.co.uk
Другой российский физик, работающий в ЦЕРН, утверждает, что принятое решение не пойдет на пользу европейской организации:
Свое решение ЦЕРН обосновывает тем, что российские исследователи принадлежат к государственным университетам, ректоры которых поддержали политику Российской Федерации в отношении Украины. При этом в организации отмечают, что если ученый из России получит работу, скажем, в итальянском исследовательском центре, сотрудничать с ним будут.
Нобелевская премия 2023:
Решение, принятое Европейской организацией ядерных исследований наносит серьезный ущерб не только российской, но и мировой науке: без международного сотрудничества важнейшие для человечества открытия попросту невозможны.