Een illustratie toont de creatie van antihyperwaterstof-4 in een botsing tussen twee kernen van lood. (Credits: Janik Ditzel/ALICE)
Wetenschappers van CERN hebben met behulp van de ALICE-detector omstandigheden nagebootst die tijdens de oerknal werden aangetroffen, en recent de eerste aanwijzing ontdekt voor het zwaarste antimateriedeeltje dat ooit is gevonden. De LHC, de krachtigste deeltjesversneller die ooit is gebouwd, heeft met de detectie van hints van het zwaarste antimateriedeeltje dat ooit is gevonden, de wetenschap meer inzicht gegeven van de omstandigheden die bestonden toen het heelal nog maar een fractie van en seconde oud was.
Het antimateriedeeltje is de partner van een enorm materiedeeltje genaamd hyperhelium-4, en de ontdekking ervan zou wetenschappers kunnen helpen het mysterie op te lossen waarom gewone materie het heelal ging domineren, ondanks het feit dat materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden werden gecreëerd aan het begin der tijden. Deze onbalans staat bekend als ‘materie-antimaterie-asymmetrie’.
Materie- en antimateriedeeltjes annihileren bij contact, waarbij hun energie terug in de kosmos wordt afgegeven. De LHC, die in een 27 km lange lus onder de Alpen bij Genève, Zwitserland, loopt, is vooral bekend om zijn ontdekking van het Higgs-bosondeeltje, dat verantwoordelijk is voor het geven van massa aan andere deeltjes aan het begin der tijden. De botsingen in de LHC genereren een toestand van materie die ‘quark-gluonplasma’ wordt genoemd. Dit plasma is dezelfde ‘oersoep’ van materie die het heelal vulde een fractie van een seconde na de oerknal. Exotische ‘hyperkernen’ en hun antimaterie-tegenhangers komen uit dit quark-gluonplasma, en zo onderzoekers een blik kunnen werpen op het vroege heelal.
Hyperkernen bevatten protonen en neutronen zoals gewone atoomkernen en ook onstabiele deeltjes die ‘hyperonen’ worden genoemd. Net als protonen en neutronen bestaan hyperonen uit fundamentele deeltjes die ‘quarks’ worden genoemd. Terwijl protonen en neutronen twee soorten quarks bevatten, namelijk up- en down-quarks, bevatten hyperonen een of meer zogenaamde ‘strange quarks’. Hyperkernen werden voor het eerst ontdekt in kosmische straling,geladen deeltjes die enkele decennia geleden op aarde neerregenden. Ze worden echter zelden in de natuur aangetroffen en zijn moeilijk te maken en te bestuderen in het lab.
Een illustratie van antimateriedeeltjes die de ALICE-detector binnenkomen bij de Large Hadron Collider. (Credits: ORIGINS Cluster/S. Kwauka)
De ontdekking van het eerste bewijs van de hyperkernen die een antimaterie-tegenhanger zijn van hyperhelium-4, werd gedaan bij de LHC-detector ALICE. Terwijl de meeste van de negen experimenten bij de LHC, elk met een eigen detector, hun resultaten genereren door protonen tegen elkaar te slaan met bijna de lichtsnelheid, creëert de ALICE quark-gluonplasma door veel zwaardere deeltjes tegen elkaar te slaan, meestal loodkernen. De botsing van ijzerionen is ideaal voor het genereren van aanzienlijke hoeveelheden hyperkernen. Tot voor kort slaagden wetenschappers die zware-ionbotsingen uitvoerden er echter alleen in om de lichtste hyperkern, hypertriton, en zijn antimateriepartner, antihypertriton, te observeren. Dat was begin 2024 toen wetenschappers de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in New York gebruikten om antihyperhydrogen-4 te detecteren, dat is samengesteld uit een antiproton, twee antineutronen en een quarkbevattend deeltje dat een ‘antilambda’ wordt genoemd. Nu heeft ALICE dit gevolgd met de detectie van een zwaarder anti-hypernuclei deeltje, antihyperhelium-4, samengesteld uit twee antiprotonen, een antineutron en een antilambda.
De signatuur van antihyperhelium-4 werd onthuld door het verval ervan in andere deeltjes en de detectie van deze deeltjes. Het zwaarste antimateriedeeltje dat ooit is ontdekt, zou meer inzicht kunnen geven over de oorsprong van ons universum Naast het vinden van bewijs voor antihyperhelium-4 en antihyperwaterstof-4, was het ALICE-team ook in staat om hun massa’s te bepalen, die goed overeenkwamen met de huidige theorieën over deeltjesfysica. Ook was het team in staat om de hoeveelheden van deze deeltjes te bepalen die werden geproduceerd bij lood-loodbotsingen. Ze vonden deze getallen consistent met de ALICE-gegevens, wat aangeeft dat antimaterie en materie in gelijke hoeveelheden worden geproduceerd uit quark-gluonplasma dat wordt geproduceerd op de energieniveaus die de LHC kan bereiken. . Bronnen; LiveScience, Space.com, CERN
Speak Your Mind