Физики измеряют силу, которая заставляет антивещество слипаться: первое в истории измерение антипротонных взаимодействий, которые делают возможным существование ядер антивещества

Эксперименты проводились на коллайдере релятивистских тяжелых ионов, U.S. Управление науки Министерства энергетики США. Объект для исследований в области ядерной физики в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики. Результаты, опубликованные в журнале Nature, могут дать представление о более крупных кусках антивещества, включая ядра антивещества, ранее обнаруженные на RHIC, а также могут помочь ученым изучить один из самых больших вопросов науки: почему Вселенная сегодня состоит в основном из обычного вещества, практически не содержащего антивещество должно быть найдено.

"Большой взрыв — начало появления во Вселенной вещества и антивещества в равных количествах. Но это не тот мир, который мы видим сегодня. Антивещество встречается крайне редко.

Это огромная загадка!"сказал Айхонг Тан, физик из Брукхейвена, участвовавший в анализе, который использовал данные, собранные детектором RHIC STAR. "Хотя эта загадка была известна уже несколько десятилетий, и к разгадке возникли небольшие подсказки, она остается одной из серьезных проблем науки. Все, что мы узнаем о природе антивещества, потенциально может способствовать решению этой головоломки."
RHIC — идеальное место для изучения антивещества, потому что это одно из немногих мест на Земле, которое способно создавать неуловимые вещества в огромных количествах. Он делает это, сталкивая ядра тяжелых атомов, таких как золото, друг с другом почти со скоростью света.

Эти столкновения создают условия, очень похожие на те, которые заполнили Вселенную через микросекунды после Большого взрыва — с температурами в 250 000 раз выше, чем в центре Солнца в пятнышке размером с одно атомное ядро. Вся эта энергия, упакованная в такое крошечное пространство, создает плазму из фундаментальных строительных блоков материи, кварков и глюонов, а также тысяч новых частиц — материи и антивещества в равных количествах.
«Мы пользуемся возможностью производить достаточное количество антивещества, чтобы провести это исследование», — сказал Тан.
Коллаборация STAR имеет предыдущий опыт обнаружения и изучения редких форм антивещества, включая анти-альфа-частицы, крупнейших ядер антивещества, когда-либо созданных в лаборатории, каждое из которых состоит из двух антипротонов и двух антинейтронов.

Эти эксперименты дали им некоторое представление о том, как антипротоны взаимодействуют внутри этих более крупных составных объектов. Но в этом случае «сила между антипротонами — это свертка взаимодействий со всеми другими частицами», — сказал Тан. «Мы хотели изучить простое взаимодействие несвязанных антипротонов, чтобы получить более« четкое »представление об этой силе."
Для этого они искали в данных STAR столкновений золото-золото пары антипротонов, которые находились достаточно близко, чтобы взаимодействовать, когда они вышли из огненного шара первоначального столкновения.

«Мы видим, как выходит много протонов, основных строительных блоков обычных атомов, и мы видим почти равное количество антипротонов», — сказал Чжэнцяо Чжан, аспирант группы профессора Ю-Ган Ма из Шанхайского института прикладной физики.

Китайская академия наук, работающая под руководством Тана в Брукхейвене. "Антипротоны выглядят точно так же, как знакомые протоны, но поскольку они являются антивеществом, они имеют отрицательный заряд вместо положительного, поэтому они изгибаются в противоположном направлении в магнитном поле детектора."
«Глядя на те, которые падают рядом друг с другом на детектор, мы можем измерить корреляцию в определенных свойствах, которые дают нам представление о силе между парами антипротонов, включая ее силу и диапазон, в котором она действует», — добавил он.
Ученые обнаружили, что сила между парами антипротонов притягивает, как и сильная ядерная сила, которая удерживает вместе обычные атомы.

Учитывая, что они уже открыли связанные состояния антипротонов и антинейтронов — ядер антивещества — в этом не было ничего удивительного. Когда антипротоны находятся близко друг к другу, сильное силовое взаимодействие преодолевает тенденцию одинаковых (отрицательно) заряженных частиц отталкиваться друг от друга таким же образом, что позволяет положительно заряженным протонам связываться друг с другом в ядрах обычных атомов.
Фактически, измерения не показывают разницы между материей и антивеществом в поведении сильного взаимодействия. То есть, в пределах точности этих измерений, вещество и антивещество кажутся совершенно симметричными.

Это означает, по крайней мере, с той точностью, которую удалось достичь ученым, похоже, что не существует какой-то асимметричной причуды сильного взаимодействия, которая может объяснить продолжающееся существование материи во Вселенной и дефицит антивещества сегодня.
Но ученые отмечают, что мы бы не узнали этого, если бы они не провели эти эксперименты.
"Есть много способов проверить асимметрию вещества / антивещества, и есть более точные тесты, но помимо точности, важно проверить ее качественно разными способами. Этот эксперимент был качественно новым испытанием », — сказал Ричард Ледницки, ученый STAR из Объединенного института ядерных исследований, Дубна, и Института физики Чешской академии наук, Прага.

«Успешная реализация метода, использованного в этом анализе, открывает захватывающую возможность для изучения деталей сильного взаимодействия между другими видами частиц, производимых в большом количестве», — сказал он, отметив, что RHIC и Большой адронный коллайдер (LHC) идеально подходят для этих измерений. , которые трудно оценить другими способами.

Портал обо всем