Ett internationellt team av fysiker från STAR-samarbetet vid Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) vid Brookhaven National Laboratory har gjort genombrott för att förstå de grundläggande egenskaperna hos materia och antimateria. Faktum är att forskare för första gången kunde observera en exotisk antinucleus, som består av fyra antimateriapartiklar – två antineutroner, en antihyperon och en antiproton. Den nya typen av kärna kallas antihyperväte-4, och dess upptäckt bekräftar förekomsten av sällsynta och exotiska föremål. Observera att RHIC-kollideraren återskapar förhållandena i det tidiga universum, vilket ger en unik möjlighet att studera asymmetrin mellan materia och antimateria i universum. Det låter svårt, vi är överens, så låt oss ta reda på det!
Forskare har observerat antihyperväte-4 för första gången, vilket bryter ny mark inom partikelfysik. Bild: bnl.gov
Materias och antimaterias asymmetriär ett av de största olösta problemen inom fysiken. Det antas att asymmetrin uppstod under de första bråkdelen av en sekund efter Big Bang.
Innehåll
- 1 Antimateria och antimateria
- 3 Forskningsresultat
- 4 Upptäcktens betydelse för vetenskapen
- 5 Framtida forskning
- 6 Varför var tillgången till LHC begränsad till forskare från Ryssland?
< li>2 Antihyperväte-4
Antimateria och antimateria
Materia, som består av antipartiklar – “spegelreflektioner” av ett antal elementarpartiklar som har samma spinn och massa – kallas antimateria. Och även om universum tros bestå av materia snarare än antimateria, var båda sannolikt närvarande i lika stora mängder i kosmos vid tiden för Big Bang för omkring 14 miljarder år sedan.
Antimateria består i sin tur av antipartiklar som inte konsekvent bildas i naturen (till dags dato har ingen antimateria upptäckts i vår galax eller utanför). Av denna anledning syntetiseras antimateriaatomernas kärnor av forskare och består av antiprotoner och antineutroner, och skalen är gjorda av positroner.
Asymmetrin mellan materia och antimateria är ett av den moderna vetenskapens huvudproblem. Bild: interestingengineering.com
För att studera asymmetrin mellan materia och antimateria i universum måste fysiker först upptäcka nya antimateriapartiklar. Detta är exakt den logik som följs av författarna till en ny studie publicerad i tidskriften Nature.
Mer om ämnet: Vad betyder svarta håls konstiga fysik? Vi diskuterar de mest otroliga hypoteserna
Experimentet ägde rum vid RHIC-kollideren för att kollidera guldkärnor vid energier som når 200 GeV per nukleon. Dessa högenergikollisioner skapar förhållanden som liknar de som fanns under de första mikrosekunderna efter Big Bang och genererade kvark-gluonplasma – ett materiatillstånd där kvarkar och gluoner inte binder till de vanliga protonerna och neutroner.
Kom ihåg attThe Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)är en av få acceleratorer i världen som kan accelerera tunga joner till relativistiska hastigheter och återskapa förhållandena i det tidiga universum.
En internationell forskargrupp som är specialiserad på att studera egenskaperna hos starkt interagerande materia vid höga energier vid RHIC – STAR-samarbete.
Antihyperhydrogen-4
Som en del av experiment kunde forskare för första gången observeraantihyperväte -4– exotisk antimateria hypernucleus (hypernuclei är kärnor som innehåller hyperoner – partiklar som innehåller minst en konstig kvark). Detta är den tyngsta antimateria-hypernukleus som hittills upptäckts.
Författarna till den nya studien letade också efter specifika signaturer av antihyperhydrogen-4-sönderfall. Observera att sönderfallet av denna instabila kärna leder till bildandet av antihelium-4 och en positivt laddad pion (π⁺). Antihelium-4, som anges i arbetet, «upptäcktes tidigare av STAR-samarbetet, vilket hjälpte till att identifiera nya händelser».
Antihyperhydrogen-4 består av en antiproton, två antineutroner och en antilambda hyperon (antihyperon). Bild: futurezone.at
Det behöver inte sägas att sökningen och observationen av antihyperväte-4 var en extremt svår uppgift. Dessutom, enligt Lijuan Ruan, en fysiker vid Brookhaven National Laboratory, “är det bara genom tur som de fyra beståndsdelarna – en antiproton, två antineutroner och en antihyperon – kan komma ut från kollisionen tillräckligt nära varandra för att bilda en antinucleus .”
Missa inte: Fysiker har för första gången sett hur fotoner omvandlas till materia
Teamet analyserade också spår av miljarder kollisioner för att hitta sällsynta händelser som överensstämmer med sönderfallet av antihyperväte-4. Varje antihelium-4 som kommer ut från kollisionen kan associeras med hundratals eller till och med tusentals positiva pioner.
När RHIC kolliderar bildas många pioner. Bild: theconversation.com/
Huvuduppgiften för forskarna var att hitta par av partiklar vars banor skär varandra vid en punkt – sönderfallspunkten, som har vissa egenskaper.
Forskningsresultat
Även om Big Bang skulle ha skapat lika mängder materia och antimateria, är det observerbara universum gjort av materia. Att förstå orsakerna till denna obalans är en av huvuduppgifterna för modern fysik, sa författarna till den nya studien.
Som ett resultat av en grundlig analys upptäckte fysiker 22 händelser, varav cirka 6,4 kunde förklaras av «bakgrund» buller. Detta innebär att cirka 16 händelser motsvarar faktiska sönderfall av antihyperväte-4. Denna statistiska signifikans gjorde det möjligt för teamet att göra endirekt jämförelse av egenskaperna hos materia och antimateria.
Antihyperhydrogen-4 är nyckeln till att reda ut universums mysterier. Bild: techno-science.net
Forskarna jämförde också «livslängden» antihyperhydrogen-4 med dess materialanalog, hyperhydrogen-4, och jämförde par av hypertriton och antihypertriton. Resultaten som erhölls i experimentet visade att livslängden för dessa par är nästan identisk, vilket motsvarar förutsägelserna från standardmodellen för partikelfysik.
Läs ännu fler intressanta artiklar om de senaste upptäckterna inom området fysik och högteknologi på vår kanal i Yandex.Zen – artiklar som inte finns på sajten publiceras regelbundet där!
Upptäcktens betydelse för vetenskap
Upptäckten, som dess författare noterar, indikerar att, med undantag för motsatta elektriska laddningar,antimateria har samma egenskaper som materia. Men eftersom vårt universum huvudsakligen består av materia, är orsakerna till denna obalans fortfarande ett mysterium. Lyckligtvis ger upptäckten av antihyperväte-4 ett nytt verktyg för att studera asymmetri.
Resultaten av experimentet bekräftar också förutsägelser om att antimaterias egenskaper bör vara en spegelbild av materiens egenskaper.
Detekteringen av 16 verkliga händelser som involverar antihyperväte-4 mot ett förväntat bakgrundsljud på 6,4 händelser ger hög tilltro till experimentresultaten. Bild: giantfreakinrobot.com
Om vi såg en kränkning av denna symmetri, skulle vi behöva ompröva många idéer om fysik. Att symmetrin bevaras stärker förtroendet för befintliga teorier, sa Emily Duckworth från Kent State University.
Den nya studiens resultat öppnar också för möjligheten till ytterligare forskning om tyngre antimateriakärnor och hyperkärnor. , vilket kan leda till en djupare förståelse för den starka kraften och de processer som observeras under sådana extrema förhållanden som neutronstjärnornas inre struktur.
Du kanske är intresserad av: Partikelfysik och framväxande teknologier: vad väntar på oss under de kommande 10 åren?< /p>
Framtida forskning
I framtiden planerar STAR-samarbetet att fortsätta forskningen inom detta område med hjälp av mer avancerade metoder för detektion och dataanalys. Förmågan att skapa och observera mer komplexa antimateriastrukturer kan leda till nya upptäckter inom kärnfysik och kosmologi.
Dr Hao Qiu från Institutet för modern fysik tror att för att ytterligare studera asymmetrin mellan materia och antimateria, är upptäckten av nya antimateriapartiklar nödvändig. Han betonar att resultaten av den nya studien är ett stort steg framåt i den experimentella studien av antimateria.
I framtiden kan dessa studier hjälpa till att reda ut ett av universums största mysterier – varför det huvudsakligen består av materia och inte antimateria. Bild: physicsworld.com
I allmänhet bekräftade författarna till det vetenskapliga arbetet återigen riktigheten av befintliga modeller och tog ett stort steg framåt i experimentella studier av antimateria.
Tidigare, forskare var närmare att förstå varför det finns mindre antimateria i universum än materia. Detaljer – här!
Vi noterar också att den historiska observationen av antihyperväte-4 bekräftar fysikens grundläggande principer och öppnar nya vägar för forskning, som visar förmågan hos modern teknik och vikten av internationellt samarbete för att uppnå genombrottsresultat.
Ryska forskare begränsad tillgång till LHC?
Vikten av internationellt samarbete, som författarna till den nya studien talar om, är tyvärr inte självklar för alla idag. Nyligen beslutade European Organization for Nuclear Research (CERN), som driver Large Hadron Collider, att bryta sina sista band med fysiker från ryska vetenskapliga organisationer från och med den 1 januari 2025.
SåledesCERN är neka ryska forskare tillgång till sina forskningsprojekt. CERN-anställda bekräftade denna information till The Insiders journalister och klargjorde att begränsningen inte bara gäller ryska medborgare, utan även forskare av alla nationaliteter som samarbetar med ryska institut.
The Large Hadron Collider är den enda partikelacceleratorn i sitt slag. Forskare från hela världen arbetar med det. Bild: britannica.com
I enlighet med reglerna som träder i kraft den 1 december 2024, redan den 1 januari 2025, kommer ryska forskare som inte tidigare deltagit i CERN-projekt inte att kunna samarbeta med Europeiska institutet.
Om ämnet: Forskare från CERN står på tröskeln till upptäckten av “ny fysik”
Det enda undantaget var de befintliga kontrakten mellan CERN och JINR, som inte kommer att sägas upp. Detta innebär att de ryska forskare som redan arbetar med gemensamma projekt vid CERN kommer att kunna fortsätta sin forskning.
Vi stängs av från internationellt samarbete som vi har varit en del av i många år. Till exempel kommer en kollega till mig som har arbetat på ALICE i 30 år att behöva säga upp sig. Ingen får sparken, men tillträde nekas. Det här är ett hårt slag. Jag skulle beskriva detta somförstörelsen av hela det ryska området för experimentell högenergifysik. Dessa forskare låg trots allt i framkanten av modern vetenskap, arbetade på CERN, och nu sparkas de ut, nekas tillgång till experimentanläggningar och det globala forskarsamhället. CERN är den enda platsen i världen där sådan forskning är möjlig. Large Hadron Collider är unik i sitt slag. Utan tillgång till det finns det ingen vetenskap, säger en rysk fysiker som deltog i vetenskapliga experiment vid CERN till The Insider.
Ryska forskare från vetenskapliga organisationer i Ryska federationen kommer att berövas möjligheten att arbeta vid LHC från och med 1 januari 2025. Bild: i.guim.co.uk
En annan rysk fysiker som arbetar vid CERN hävdar att beslutet inte kommer att gynna den europeiska organisationen:
Detta beslut slår två slag, och båda är skadliga för vetenskapen som helhet. Å ena sidan berövas ryska forskare möjligheten att fortsätta arbete som redan har förbrukat betydande resurser och år av deras liv; unga fysiker berövas möjligheten att bedriva forskning i ett av de mest avancerade laboratorierna i världen inom ramen för etablerade vetenskapliga skolor. Å andra sidan kommer ryska forskargruppers avgång att försvaga inriktningen av deras arbete vid CERN.
CERN motiverar sitt beslut med att ryska forskare tillhör statliga universitet vars rektorer stödde Ryska federationens politik gentemot Ukraina. Samtidigt noterar organisationen att om en forskare från Ryssland får jobb, säg, i ett italienskt forskningscenter, kommer de att samarbeta med honom.
Nobelpris 2023: kvantprickar, m-RNA-vacciner och attoseconds
Beslutet som fattats av den europeiska organisationen för kärnkraftsforskning orsakar allvarlig skada inte bara för den ryska utan också för världsvetenskapen: utan internationellt samarbete, upptäckter som är viktigast för mänskligheten är helt enkelt omöjliga.