ALICE (A Large Ion Collider Experiment) — один из восьми экспериментальных детекторов, сооруженных на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Другие семь: ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf , MoEDAL и FASER. Завершённый детектор ALICE. Видны 18 модулей ДПИ (размещённые вокруг оси пучка трапециоидные призмы).
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) — детектор, предназначенный для физики тяжелых ионов на Большом адронном коллайдере (БАК). Он предназначен для изучения физики сильно взаимодействующей материи при экстремальных плотностях энергии, где образуется фаза материи, называемая кварк-глюонной плазмой.
Это открытие также представляет собой первое доказательство существования самого тяжелого гиперядра антиматерии, обнаруженного на Большом адронном коллайдере.
Иллюстрация образования антигипергелия-4 (связанного состояния двух антипротонов, антинейтрона и антилямбды) в столкновениях свинца со свинцом. (Изображение: J. Ditzel при поддержке искусственного интеллекта )
Столкновения тяжелых ионов на Большом адронном коллайдере ( БАК ) создают кварк-глюонную плазму, горячее и плотное состояние материи, которое, как полагают, заполнило Вселенную примерно через одну миллионную долю секунды после Большого взрыва. Столкновения тяжелых ионов также создают подходящие условия для образования атомных ядер и экзотических гиперядер, а также их антиматерийных аналогов, антиядер и антигиперядер. Измерения этих форм материи важны для различных целей, в том числе для понимания образования адронов из составляющих плазму кварков и глюонов и асимметрии материя-антиматерия, наблюдаемой в современной Вселенной.
Гиперядра — это экзотические ядра, образованные смесью протонов, нейтронов и гиперонов, причем последние являются нестабильными частицами, содержащими один или несколько кварков странного типа. Более 70 лет с момента их открытия в космических лучах , гиперядра остаются источником интереса для физиков, поскольку они редко встречаются в природе, и их сложно создавать и изучать в лабораторных условиях.
В столкновениях тяжелых ионов гиперядра создаются в значительных количествах, но до недавнего времени наблюдались только самое легкое гиперядро, гипертритон , и его партнер по антиматерии, антигипертритон . Гипертритон состоит из протона, нейтрона и лямбды (гиперон, содержащий один странный кварк). Антигипертритон состоит из антипротона, антинейтрона и антилямбды.
Вслед за наблюдением антигипергидрогена-4 (связанного состояния антипротона, двух антинейтронов и антилямбды), о котором ранее в этом году сообщила коллаборация STAR на релятивистском коллайдере тяжелых ионов ( RHIC ), коллаборация ALICE на LHC теперь увидела первое в истории доказательство антигипергелия-4, который состоит из двух антипротонов, антинейтрона и антилямбды. Результат имеет значимость 3,5 стандартных отклонения и также представляет собой первое доказательство самого тяжелого гиперядра антиматерии на LHC.
Измерение ALICE основано на данных о столкновениях свинца со свинцом, полученных в 2018 году при энергии 5,02 ТэВ (тераэлектронвольт) для каждой сталкивающейся пары нуклонов (протонов и нейтронов). Используя метод машинного обучения, который превосходит обычные методы поиска гиперядер, исследователи ALICE изучили данные на предмет сигналов гиперводорода-4, гипергелия-4 и их партнеров по антиматерии. Кандидаты на (анти)гиперводород-4 были идентифицированы путем поиска ядра (анти)гелия-4 и заряженного пиона, на который он распадается, тогда как кандидаты на (анти)гипергелий-4 были идентифицированы путем его распада на ядро (анти)гелия-3, (анти)протон и заряженный пион.
Помимо обнаружения доказательств наличия антигипергелия-4 со значимостью 3,5 стандартных отклонений, а также доказательств наличия антигиперводорода-4 со значимостью 4,5 стандартных отклонений, команда ALICE измерила выходы продукции и массы обоих гиперядер.
Для обоих гиперядер измеренные массы совместимы с текущими средними мировыми значениями. Измеренные выходы производства сравнивались с предсказаниями статистической модели адронизации, которая дает хорошее описание образования адронов и ядер в столкновениях тяжелых ионов. Это сравнение показывает, что предсказания модели близко согласуются с данными, если в предсказания включены как возбужденные гиперядерные состояния, так и основные состояния. Результаты подтверждают, что статистическая модель адронизации также может дать хорошее описание производства гиперядер, которые являются компактными объектами с размерами около 2 фемтометров (1 фемтометр равен 10 -15 метрам).
Исследователи также определили отношения выхода античастиц к частицам для обоих гиперядер и обнаружили, что они согласуются с единицей в пределах экспериментальных неопределенностей. Это согласие согласуется с наблюдением ALICE о равном производстве материи и антиматерии при энергиях LHC и дополняет текущие исследования дисбаланса материи и антиматерии во Вселенной.
Возможно связанные ссылки: arxiv.org/abs/1103.3312 - 16.03.2011
