大型强子对撞机又发现第一个最重反物质粒子的证据

(2024-12-12 11:23:44)

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大型强子对撞机又发现第一个最重反物质粒子的证据

By Robert Lea

published 7 hours ago

The Universe

在欧洲核子研究中心的爱丽丝（ALICE）探测器的科学家们正在复制在大爆炸期间发现的条件，试图来探底物质如何成统治反物质的。

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一幅显示在一个两个铅核之间碰撞中反超氢-4的创造的描画。 (Image credit: Janik Ditzel for the ALICE collaboration)

世界的最大规模的科学实验已经再次做了它，探测到从来发现的最重的反物质粒子的暗示。

这意味着从来建造的最强大的粒子加速器大型强子对撞机（LHC）已经赋予科学家们一瞥当宇宙不到一秒老时存在的条件。反物质粒子是一种叫超氦-4的大质量物质粒子的伴侣，而它的发现可以帮助科学家解决为什么常规物质成来统治宇宙的秘密，尽管物质和反物质在时间的黎明被等量创造的事实。

这种不平衡被称为“物质-反物质不对称”。物质粒子和反物质粒子靠接触湮灭，释放能量进入宇宙。这隐含如果这两者之间的一个不平衡没有在宇宙的早期中发生，那么这个宇宙可能真的一直是一个远更空、更不有趣的地方。

大型强子对撞机对关于早期宇宙的范式转变发现是不陌生的。大型强子对撞机运行在瑞士日内瓦附近的阿尔卑斯山下一条17英里（27公里）长的环路，因它的希格斯玻色子粒子的发现最著名，希格斯场的“信使”对在时间黎明给其他粒子质量是负责的。

发生在大型强子对撞机的碰撞产生一种叫“夸克胶子等离子体”的物质状态。这种稠密的等离子体海洋是与大爆炸后约百万分之一秒充满宇宙的“原始汤”物质相同的。

"异域的“超核”和它们的反物质对应物从这个夸克胶子等离子体浮现，允许科学家们一瞥早期宇宙的条件。

爱丽丝透过哈哈镜

超核像普通原子核一样包含质子和中子，也包含叫“超子”的不稳定粒子。与质子和中子一样，超子由叫“夸克”的基本粒子组成。质子和中子包含两种类型的被称为上夸克和下夸克的夸克，而超子包含一个或多个所谓的“奇夸克”

超核第一次被在宇宙射线中发现，宇宙射线是大约七十年前从深空倾泻到地球上的带电粒子阵雨。然而，它们在自然中罕见的被发现，很难在实验室中创造和研究。这已经使它们有点神秘的。

2019年大型强子对撞机升级期间拍摄的爱丽丝（ALICE）探测器图像。 (Image credit: Robert Lea)

在大型强子对撞机爱丽丝探测器上超核的发现的第一个证据是一个超氦-4的反物质对应物。

虽然在大型强子对撞机的九个实验中大多数每个都有它自己的探测器，通过以接近光速的速度一起撞击质子产生结果，但爱丽丝合作通过一起撞击更重的粒子通常是铅核或“阳离子”创造夸克胶子等离子体
铁阳离子的碰撞（试着说十倍更快）对产生大量超核是理想的。然而直到最近为止，进行重阳离子碰撞的科学家们仅已经成功的观测到最轻的超核、超氚核和它的反物质伴侣反超氚核。

直到2024年初当科学家们用了纽约的相对论重阳离子对撞机（RHIC）来探测反超氢-4时为止，反超氢-4由一个反质子、两个反中子和一个叫“反λ”的含夸克粒子组成

现在，爱丽丝已经检测到一种更重的反超核粒子即反超氦-4，由两个反质子、一个反中子和一个反λ组成。

反物质粒子进入大型强子对撞机爱丽丝探测器的描画。 (Image credit: ORIGINS Cluster/S. Kwauka)

在大型强子对撞机上铅铅碰撞和又产生了最重的反物质超核探测的爱丽丝数据实际上追溯回到2018年。

反超氦-4的签名被它的衰变成其它粒子并检测到这些粒子揭示。

爱丽丝的科学家们用一种能超越合作常用的搜索技术的机器学习技术从数据中剔出了反超氦-4的签名。