Новости химической науки > Физики зафиксировали самую тяжелую частицу антивещества

Международной группе исследователей с помощью релятивистского коллайдера тяжёлых ионов (RHIC) удалось зафиксировать самую тяжелую на настоящий момент частицу антиматерии – «антипод» ядра атома гелия – антигелий-4.

Новая частица, которую также можно называть анти-альфа-частицей бьет рекорд, поставленный теми же исследователями около года назад.

Исследователи отмечают, что новый рекорд продержится гораздо дольше – расчеты позволяют предполагать, что следующее ядро, состоящее из антипротонов и анти нейтронов и не способное к самопроизвольному радиоактивному распаду встречается в миллионы раз реже и недоступна для обнаружения существующими техническими методами. Открытие демонстрирует экстраординарные возможности применения релятивистского коллайдера тяжёлых ионов для изучения фундаментальных вопросов природы вещества, антивещества и молодой вселенной.

На графике отображены факты отсчета частиц по массе, обычные ядра гелия (He-3 и He-4) отображены оранжевым, их аналоги – представители антивещества (антигелий-3 и антигелий-4) отображены синим. По графику можно судить, что ядро антигелия-4 легко отделяется от более легкого изотопа и характеризуется ожидаемым значением атомной массы. (Рисунок из Nature, 2011; doi:10.1038/nature10079)

Возглавлявший блок работ, выполненный на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов, Стивен Вигдор (Steven Vigdor) отмечает, что, скорее всего, антигелий-4 останется самой тяжелой частицей антивещества либо до нового прорыва в способах ускорения элементарных частиц, либо до разработки принципиально нового способа получения античастиц.

Возможность получать и изучать антиматерию в условиях, похожих на условия молодой вселенной, не является простой задачей: одна из главных загадок физики заключается в том, что наблюдаемая нами вселенная состоит из частиц обычного вещества, в то время, как в соответствии с физической картиной Большого Горячего Взрыва вещество и антивещество образовывались в одинаковых количествах.

В релятивистском коллайдере тяжёлых ионов условия молодой вселенной сразу после Большого Горячего Взрыва создавались за счет столкновения ионов золота, движущихся со скоростью, приближающейся к скорости света. При столкновении этих ионов вероятно образование примерно равных количеств кварков и антикварков. Большую часть стабильного антивещества образовавшегося в релятивистском коллайдере тяжёлых ионов успевали детектировать до ее аннигиляции в результате взаимодействия с обычным веществом.

Изучив данные, полученные при измерении свойств заряженных частиц, образовавшихся в результате более, чем одного миллиарда столкновения ионов, исследователи дететировали 18 примеров уникальной «подписи» ядра антигелия-4. Это ядро состоит из двух антипротонов и двух антинейтронов, оно не подвергается радиоактивному распаду. Анти-альфа-частица характеризуется отрицательным электрическим зарядом, равным заряду двух электронов, ее масс примерно равна массе четырех протонов. Ядро антигелия-4 легко отделяется от более легкого изотопа и характеризуется ожидаемым значением атомной массы.

Исследователи также измерили скорость образования ядер антигелия-4 в результате внутриядерного взаимодействия, обнаружив, что скорость согласуется с предположениями о статистическом слиянии антикварков, содержащихся в смеси кварков и антикварков, образовавшейся в результате столкновений ионов в релятивистском коллайдере тяжёлых ионов.

Факт того, что 12 антикварков комбинируются, образуя столь сложное ядро антивещества, является весьма важным подтверждением того, что такое вполне могло произойти на начальных этапах Большого Горячего Взрыва – при расширении материи, энергия которой была эквивалентна триллионам градусов.

Источник: Nature, 2011; doi:10.1038/nature10079

метки статьи: #космохимия, #радиохимия и химия высоких энергий, #строение атомного ядра, #химическая эволюция