Fysikere observerede antihyperhydrogen-4 for første gang. Lad os fortælle dig, hvad det er

Et internationalt hold af fysikere fra STAR-samarbejdet ved Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) ved Brookhaven National Laboratory har gjort gennembrud i forståelsen af ​​stofs og antistofs grundlæggende egenskaber. Faktum er, at forskerne for første gang var i stand til at observere en eksotisk antinucleus, som består af fire antistofpartikler – to antineutroner, en antihyperon og en antiproton. Den nye type kerne kaldes antihyperhydrogen-4, og dens opdagelse bekræfter eksistensen af ​​sjældne og eksotiske genstande. Bemærk, at RHIC-kollideren genskaber forholdene i det tidlige univers, hvilket giver en unik mulighed for at studere asymmetrien mellem stof og antistof i universet. Det lyder svært, vi er enige, så lad os finde ud af det!

Forskere har observeret antihyperhydrogen-4 for første gang, hvilket bryder ny vej inden for partikelfysik. Billede: bnl.gov

Asymmetrien af ​​stof og antistofer et af de vigtigste uløste problemer i fysik. Det antages, at asymmetrien opstod i de første brøkdele af et sekund efter Big Bang.

Indhold

• 1 Antistof og antistof

< li>2 Antihyperhydrogen-4

• 3 Forskningsresultater
• 4 Opdagelsens betydning for videnskaben
• 5 Fremtidig forskning
• 6 Hvorfor var adgangen til LHC begrænset til videnskabsmænd fra Rusland?

Antistof og antistof

Stof, som består af antipartikler – “spejlreflektioner” af en række elementarpartikler, der har samme spin og masse – kaldes antistof. Og selvom universet menes at være lavet af stof snarere end antistof, var begge sandsynligvis til stede i lige store mængder i kosmos på tidspunktet for Big Bang for omkring 14 milliarder år siden.

Antistof består til gengæld af antipartikler, der ikke er konsekvent dannet i naturen (til dato er der ikke opdaget antistof i vores galakse eller længere). Af denne grund syntetiseres antistof-atomernes kerner af videnskabsmænd og består af antiprotoner og antineutroner, og skallerne er lavet af positroner.

Asymmetrien af ​​stof og antistof er et af hovedproblemerne i moderne videnskab. Billede: interestingengineering.com

For at studere asymmetrien af ​​stof og antistof i universet skal fysikere først opdage nye antistofpartikler. Det er netop den logik, som forfatterne til en ny undersøgelse publiceret i tidsskriftet Nature følger.

Mere om emnet: Hvad betyder sorte hullers mærkelige fysik? Vi diskuterer de mest utrolige hypoteser

Eksperimentet fandt sted ved RHIC-kollideren for at kollidere guldkerner ved energier, der når 200 GeV pr. nukleon. Disse højenergikollisioner skaber forhold svarende til dem, der eksisterede i de første mikrosekunder efter Big Bang og genererede kvark-gluon plasma – en tilstand af stof, hvor kvarker og gluoner ikke binder sig til de sædvanlige protoner og neutroner.

Husk atThe Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)er en af ​​de få acceleratorer i verden, der er i stand til at accelerere tunge ioner til relativistiske hastigheder og genskabe forholdene i det tidlige univers.

En international forskningsgruppe, der har specialiseret sig i at studere egenskaberne af stærkt interagerende stof ved høje energier på RHIC – STAR-samarbejde.

Antihyperhydrogen-4

Som en del af eksperiment var forskerne i stand til for første gang at observereantihyperhydrogen -4– eksotisk antistof-hypernucleus (hypernuclei er kerner, der indeholder hyperoner – partikler, der indeholder mindst én mærkelig kvark). Dette er den tungeste antistof-hypernucleus, der er opdaget til dato.

Forfatterne af den nye undersøgelse ledte også efter specifikke signaturer af antihyperhydrogen-4 henfald. Bemærk, at henfaldet af denne ustabile kerne fører til dannelsen af ​​antihelium-4 og en positivt ladet pion (π⁺). Antihelium-4, som angivet i værket, «blev tidligere opdaget af STAR-samarbejdet, som hjalp med at identificere nye begivenheder».

Antihyperhydrogen-4 består af en antiproton, to antineutroner og en antilambda hyperon (antihyperon). Billede: futurezone.at

Det er overflødigt at sige, at søgning og observation af antihyperhydrogen-4 var en ekstremt vanskelig opgave. Desuden, ifølge Lijuan Ruan, en fysiker ved Brookhaven National Laboratory, “er det kun ved held, at de fire partikler – en antiproton, to antineutroner og et antihyperon – kan komme frem fra kollisionen tæt nok på hinanden til at danne en antinucleus .”

Gå ikke glip af: Fysikere har for første gang set, hvordan fotoner omdannes til stof

Holdet analyserede også spor af milliarder af kollisioner for at finde sjældne hændelser i overensstemmelse med henfaldet af antihyperhydrogen-4. Hvert antihelium-4, der kommer ud af kollisionen, kan være forbundet med hundredvis eller endda tusindvis af positive pioner.

Når RHIC kolliderer, dannes der mange pioner. Billede: theconversation.com/

Hovedopgaven for videnskabsmænd var at finde par af partikler, hvis baner skærer hinanden på et tidspunkt – henfaldspunktet, som har visse karakteristika.

Forskningsresultater

Selvom Big Bang ville have skabt lige store mængder stof og antistof, er det observerbare univers lavet af stof. At forstå årsagerne til denne ubalance er en af ​​hovedopgaverne for moderne fysik, sagde forfatterne til den nye undersøgelse.

Som et resultat af en grundig analyse opdagede fysikere 22 begivenheder, hvoraf omkring 6,4 kunne forklares med «baggrund» støj. Det betyder, at cirka 16 hændelser svarer til faktiske henfald af antihyperhydrogen-4. Denne statistiske signifikans gjorde det muligt for teamet at foretage endirekte sammenligning af egenskaberne af stof og antistof.

Antihyperhydrogen-4 er nøglen til at opklare universets mysterier. Billede: techno-science.net

Forskerne sammenlignede også «livets levetid» antihyperhydrogen-4 med dets materialeanalog, hyperhydrogen-4, og sammenlignede par af hypertriton og antihypertriton. Resultaterne opnået i eksperimentet viste, at levetiden for disse par er næsten identisk, hvilket svarer til forudsigelserne fra standardmodellen for partikelfysik.

Læs endnu flere interessante artikler om de seneste opdagelser inden for fysik og højteknologi på vores kanal i Yandex.Zen – artikler, der ikke er på siden, bliver jævnligt offentliggjort der!

Betydningen af ​​opdagelsen for videnskab

Opdagelsen, som dens forfattere bemærker, indikerer, at med undtagelse af modsatte elektriske ladninger,antistof har de samme egenskaber som stof. Men da vores univers primært består af stof, er årsagerne til denne ubalance stadig et mysterium. Heldigvis giver opdagelsen af ​​antihyperhydrogen-4 et nyt værktøj til at studere asymmetri.

Resultaterne af eksperimentet bekræfter også forudsigelser om, at antistofs egenskaber burde være et spejlbillede af stofs egenskaber.

Detekteringen af ​​16 virkelige hændelser, der involverer antihyperhydrogen-4, mod en forventet baggrundsstøj på 6,4 hændelser giver høj tillid til de eksperimentelle resultater. Billede: giantfreakinrobot.com

Hvis vi så en krænkelse af denne symmetri, ville vi være nødt til at genoverveje mange ideer om fysik. Det faktum, at symmetrien er bevaret, styrker tilliden til eksisterende teorier, sagde Emily Duckworth fra Kent State University.

Det nye studies resultater åbner også mulighed for yderligere forskning i tungere antistofkerner og hyperkerner. , hvilket kunne føre til en dybere forståelse af den stærke kraft og de processer, der observeres under så ekstreme forhold som neutronstjernernes indre struktur.

Du kan være interesseret i: Partikelfysik og nye teknologier: hvad venter os i de næste 10 år?< /p>

Fremtidig forskning

I fremtiden planlægger STAR-samarbejdsteamet at fortsætte forskningen på dette område ved at bruge mere avancerede metoder til detektion og dataanalyse. Evnen til at skabe og observere mere komplekse antistofstrukturer kan føre til nye opdagelser inden for kernefysik og kosmologi.

Dr. Hao Qiu fra Institut for Moderne Fysik mener, at for yderligere at studere asymmetrien mellem stof og antistof er opdagelsen af ​​nye antistofpartikler nødvendig. Han understreger, at resultaterne af den nye undersøgelse er et stort skridt fremad i den eksperimentelle undersøgelse af antistof.

I fremtiden kan disse undersøgelser hjælpe med at opklare et af universets største mysterier – hvorfor det primært består af stof og ikke antistof. Billede: physicsworld.com

Generelt bekræftede forfatterne af det videnskabelige arbejde endnu en gang rigtigheden af ​​eksisterende modeller og tog et stort skridt fremad i eksperimentelle undersøgelser af antistof.

Tidligere, videnskabsmænd var tættere på at forstå, hvorfor der er mindre antistof i universet end stof. Detaljer – her!

Vi bemærker også, at den historiske observation af antihyperbrint-4 bekræfter fysikkens grundlæggende principper og åbner nye veje for forskning, der viser de moderne teknologiers muligheder og vigtigheden af ​​internationalt samarbejde for at opnå banebrydende resultater.

Russiske videnskabsmænd begrænset adgang til LHC?

Vigtigheden af ​​internationalt samarbejde, som forfatterne til den nye undersøgelse taler om, er desværre ikke indlysende for alle i dag. For nylig besluttede European Organisation for Nuclear Research (CERN), som driver Large Hadron Collider, at afbryde sine sidste bånd med fysikere fra russiske videnskabelige organisationer fra den 1. januar 2025.

Således erCERN nægte russiske videnskabsmænd adgang til deres forskningsprojekter. CERN-medarbejdere bekræftede disse oplysninger til The Insider-journalister og præciserede, at begrænsningen ikke kun gælder russiske statsborgere, men også for videnskabsmænd af alle nationaliteter, der samarbejder med russiske institutter.

The Large Hadron Collider er den eneste partikelaccelerator af sin art. Forskere fra hele verden arbejder med det. Billede: britannica.com

I overensstemmelse med reglerne, der træder i kraft den 1. december 2024, allerede den 1. januar 2025, vil russiske videnskabsmænd, der ikke tidligere har deltaget i CERN-projekter, ikke kunne samarbejde med Det Europæiske Institut.

Om emnet: Forskere fra CERN står på tærsklen til opdagelsen af ​​”ny fysik”

Den eneste undtagelse var de eksisterende kontrakter mellem CERN og JINR, som ikke vil blive opsagt. Det betyder, at de russiske videnskabsmænd, der allerede arbejder på fælles projekter på CERN, vil kunne fortsætte deres forskning.

Vi bliver udelukket fra det internationale samarbejde, som vi har været en del af i mange år. For eksempel skal en kollega af mig, der har arbejdet hos ALICE i 30 år, sige op. Ingen fyres, men adgang nægtes. Det er et hårdt slag. Jeg vil beskrive dette somødelæggelsen af ​​hele det russiske felt af eksperimentel højenergifysik. Disse forskere var trods alt på forkant med moderne videnskab, arbejde på CERN, og nu bliver de smidt ud, nægtet adgang til eksperimentelle faciliteter og det globale videnskabelige samfund. CERN er det eneste sted i verden, hvor sådan forskning er mulig. Large Hadron Collider er enestående. Uden adgang til det er der ingen videnskab, sagde en russisk fysiker, der deltog i videnskabelige eksperimenter på CERN, til The Insider.

Russiske videnskabsmænd fra videnskabelige organisationer i Den Russiske Føderation vil blive frataget muligheden for at arbejde på LHC fra kl. 1. januar 2025. Billede: i.guim.co.uk

En anden russisk fysiker, der arbejder ved CERN, hævder, at beslutningen ikke vil gavne den europæiske organisation:

Denne beslutning slår to slag, og begge er skadelige for videnskaben som helhed. På den ene side er russiske videnskabsmænd frataget muligheden for at fortsætte arbejde, der allerede har tæret betydelige ressourcer og år af deres liv; unge fysikere fratages muligheden for at forske i et af de mest avancerede laboratorier i verden inden for rammerne af etablerede videnskabelige skoler. På den anden side vil de russiske forskningsgruppers afgang svække retningen af ​​deres arbejde på CERN.

CERN begrunder sin beslutning med, at russiske forskere tilhører statsuniversiteter, hvis rektorer støttede Den Russiske Føderations politik over for Ukraine. Samtidig bemærker organisationen, at hvis en videnskabsmand fra Rusland får et job, for eksempel i et italiensk forskningscenter, vil de samarbejde med ham.

Nobelpris 2023: kvanteprikker, m-RNA-vacciner og attoseconds

Beslutningen truffet af Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning forårsager alvorlig skade ikke kun på russisk, men også for verdensvidenskaben: Uden internationalt samarbejde, opdagelser, der er vigtigst for menneskeheden er simpelthen umulige.