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Ilustração da produção de anti-hiperélio-4 (um estado ligado de dois antiprótons, um antinêutron e um antilambda) em colisões chumbo-chumbo. (Imagem: Janik Ditzel para a colaboração ALICE)
A descoberta também representa a primeira evidência do hipernúcleo de antimatéria mais pesado já encontrado no LHC.
Colisões entre íons pesados no Large Hadron Collider ( LHC ) criam plasma quark-gluon , um estado quente e denso da matéria que se acredita ter preenchido o Universo cerca de um milionésimo de segundo após o Big Bang. Colisões de íons pesados também criam condições adequadas para a produção de núcleos atômicos e hipernúcleos exóticos, bem como suas contrapartes de antimatéria , antinúcleos e antihipernúcleos. Medições dessas formas de matéria são importantes para vários propósitos, incluindo ajudar a entender a formação de hádrons a partir dos quarks e glúons constituintes do plasma e a assimetria matéria-antimatéria vista no Universo atual.
Hipernúcleos são núcleos exóticos formados por uma mistura de prótons, nêutrons e hiperons, sendo estes últimos partículas instáveis contendo um ou mais quarks do tipo estranho. Mais de 70 anos após sua descoberta em raios cósmicos , os hipernúcleos continuam sendo uma fonte de fascínio para os físicos porque raramente são encontrados na natureza e é desafiador criá-los e estudá-los em laboratório.
Em colisões de íons pesados, hipernúcleos são criados em quantidades significativas, mas até recentemente apenas o hipernúcleo mais leve, o hipertríton , e seu parceiro de antimatéria, o antihipertríton , foram observados. Um hipertríton é composto de um próton, um nêutron e um lambda (um hiperon contendo um quark estranho). Um antihipertríton é composto de um antipróton, um antinêutron e um antilambda.
Logo após uma observação de anti-hiper-hidrogênio-4 (um estado ligado de um antipróton, dois antinêutrons e um antilambda), relatada no início deste ano pela colaboração STAR no Relativistic Heavy Ion Collider ( RHIC ), a colaboração ALICE no LHC agora viu a primeira evidência de anti-hiperhélio-4, que é composto de dois antiprótons, um antinêutron e um antilambda. O resultado tem uma significância de 3,5 desvios-padrão e também representa a primeira evidência do hipernúcleo de antimatéria mais pesado até agora no LHC.
A medição ALICE é baseada em dados de colisão chumbo-chumbo obtidos em 2018 a uma energia de 5,02 teraeletronvolts (TeV) para cada par de núcleons em colisão (prótons e nêutrons). Usando uma técnica de aprendizado de máquina que supera as técnicas convencionais de busca de hipernúcleos, os pesquisadores do ALICE analisaram os dados em busca de sinais de hiperhidrogênio-4, hiperhélio-4 e seus parceiros de antimatéria. Os candidatos para (anti)hiperhidrogênio-4 foram identificados procurando o núcleo (anti)hélio-4 e o píon carregado no qual ele decai, enquanto os candidatos para (anti)hiperhélio-4 foram identificados por meio de seu decaimento em um núcleo (anti)hélio-3, um (anti)próton e um píon carregado.
Além de encontrar evidências de anti-hiperhélio-4 com uma significância de 3,5 desvios-padrão, bem como evidências de anti-hiperhidrogênio-4 com uma significância de 4,5 desvios-padrão, a equipe do ALICE mediu os rendimentos de produção e as massas de ambos os hipernúcleos.
Para ambos os hipernúcleos, as massas medidas são compatíveis com os valores médios mundiais atuais . Os rendimentos de produção medidos foram comparados com previsões do modelo de hadronização estatística, que fornece uma boa descrição da formação de hádrons e núcleos em colisões de íons pesados. Esta comparação mostra que as previsões do modelo concordam estreitamente com os dados se ambos os estados hipernucleares excitados e estados fundamentais forem incluídos nas previsões. Os resultados confirmam que o modelo de hadronização estatística também pode fornecer uma boa descrição da produção de hipernúcleos, que são objetos compactos com tamanhos de cerca de 2 femtômetros (1 femtômetro é 10 -15 metros).
Os pesquisadores também determinaram as taxas de rendimento de antipartícula para partícula para ambos os hipernúcleos e descobriram que elas concordam com a unidade dentro das incertezas experimentais. Essa concordância é consistente com a observação de ALICE da produção igual de matéria e antimatéria nas energias do LHC e acrescenta à pesquisa em andamento sobre o desequilíbrio matéria-antimatéria no Universo.
Para saber mais, acesse o link>
Fonte: CERN / Por Colaboração de ALICE / Publicação 09/12/2024
https://home.cern/news/news/physics/alice-finds-first-ever-evidence-antimatter-partner-hyperhelium-4?fbclid=IwY2xjawHETmZleHRuA2FlbQIxMAABHQdY-i0ioDqY5d7u_6R0R-6sP01ZCbyrT8RmAac1r1Wnb_3xsXm22jdSYw_aem_aqkUyFHaw88fCluyxAeDqQ
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