Новости
Физики из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) сумели пронаблюдать рождение и распад редких гипер-ядер - гипертритона и антигипертритона. Это позволит ученым приблизиться к разгадке тайны темной материи и к пониманию физики нейтронных звезд.
На конференции европейского физического общества по физике высоких энергий (EPS HEP) представители коллаборации ЦЕРН LHCb заявили об успешном завершении эксперимента по наблюдению редких гиперядер. В ходе эксперимента на Большом адронном коллайдере, длившегося с 2016 по 2018 год, при столкновении пучков нейтронов было зафиксировано более 100 рождений гипертритонов и антигипертритонов.
Гиперядра - это объекты, аналогичные атомным ядрам, но содержащие в своем составе частицы, отличные от протонов и нейтронов - гипероны. Гипертритон - это аналог ядра изотопа водорода трития, в котором один из двух нейтронов заменен на Лямдба-гиперон. Лямбда-гиперон - это нейтральная частица, состоящая как и нейтрон, из трех кварков, но в отличие от нейтрона в нем один из «нижних» кварков заменен на «странный» кварк.
Лямбда-гиперон живет около 200 пикосекунд. За это время образовавшийся с его участием гипертритон успевал пролететь в экспериментальной установке примерно 40 см, после чего лямбда-гиперон распадался на протон и отрицательно заряженный пи-мезон. Пи-мезон вылетал наружу, а протон оставался внутри ядра, превращая его в ядро гелия-3 (содержащее два протона и один нейтрон). Аналогично вел себя антигипертритон, превращавшийся в итоге в антигелий-3.
Антигипертритон (слева) распадается на анти-гелий-3 (справа вверху) и пи-мезон (справа внизу)
Всего ученые пронаблюдали около 60 гипертритонов и около 50 антигипертритонов.
Значимость данного эксперимента в том, что изучение рождения изотопов гелия и антигелия на ускорителях улучшают понимание ядерных взаимодействий, и помогает выяснить, как эти изотопы рождаются в космосе.
Так, до сих пор оставалось в значительной мере загадкой, откуда в космических лучах берется антигелий-3. Одна из гипотез состоит в том, что антигелий появляется при аннигиляции частиц темной материи.
Другая гипотеза состоит в том, что антигелий-3 рождается при столкновениях космических лучей с межзвездной средой. Чтобы определить в таком случае, сколько антигелия-3 долетит до Земли, надо знать, как он появляется. Эксперимент в ЦЕРНе может помочь астрофизикам сделать выбор между этими гипотезами.
Кроме того, понимание физики гиперядер чрезвычайно важно для изучения плотных астрофизических объектов, таких как нейтронные звезды. В недрах нейтронных звезд рождение гиперонов становится энергетически выгодным, поэтому для адекватного моделирования ядер нейтронных звезд необходимо понимать особенности рождения и распада гиперядер.