Міжнародна група вчених надала докази існування нового антигіперядра, найважчого зі знайдених. Вивчення антигіперядер та їх властивостей наближає фізиків до пояснення асиметрії матерії та антиматерії у Всесвіті. Зіткнення важких іонів у Великому адронному колайдері (БАК) створюють кварк-глюонну плазму – щільний та дуже гарячий стан матері. У 2015 році на ВАК створили кварк-глюонну плазму температурою 10 трильйонів градусів Цельсія. Вчені вважають, що саме така речовина заповнювала Всесвіт через мільйонну частку секунди після Великого вибуху.
Зіткнення частинок у ВАК також створюють умови для утворення атомних ядер, екзотичних гіперядер та їх антиматеріальних аналогів – анти-ядер та анти-гіперядер. Гіперядра складаються не лише з нейтронів та протонів, там є ще одна елементарна частка – гіперон.
Вивчення таких форм матерії має значення для фізики. Досліджуючи екстремальні умови, вчені точніше розуміють процеси формування адронів з кварків та глюонів у плазмі, а також асиметрії матерії та антиматерії, що спостерігається у Всесвіті сьогодні.
Внаслідок зіткнень важких іонів донедавна спостерігалися лише найлегші гіперядерні ядра, гіпертритон та гіперводень. Античастинку гіпертритону виявили 2010 року, а антигіперводень-4 — лише 2024-го. Антигіперводень-4 складається з антипротону, двох антинейтронів та анти-лямбда-гіперону.
Наразі вчені надали докази існування антигіпергелію-4. Дані зібрали на експерименті ALICE (A Large Ion Collider Experiment, детектор зіткнень важких іонів), одному з восьми основних детекторів ВАК. Екзотичне ядро складається з двох антипротонів, антинейтрону та анти-лямбда-гіперону.
Результат має статистичну значущість 3,5 стандартних відхилень, а це означає, що вчені впевнені в існуванні антигіпергелію-4. Це екзотичне ядро стає найважчим антиматеріальним гіперядерним ядром, яке експериментально виявили на ВАК. Результати експерименту описані у статті, опублікованій на сервері препринтів arXiv.
Вимірювання ALICE зібрані при зіткненні свинцевих ядер у 2018 році при енергії 5,02 тераелектронвольта на пару частинок, що стикається. Дослідники шукали сигнали гіперводню-4, гіпергелію-4 та їх антиматеріальних партнерів у величезній кількості даних за допомогою спеціально розробленого алгоритму машинного навчання.
Частинок – кандидатів на роль антигіперводню-4 ідентифікували з розпаду на ядро антигелію-4 і заряджений півонія, тоді як кандидати на антигіпергелій-4 – з розпаду на ядро антигелію-3, антипротон і заряджений півонія.
Крім виявлення екзотичних ядер, команда ALICE виміряла кількість та маси обох гіперядерів. Маси узгоджуються з іншими експериментами фізиків у всьому світі. Отримані результати зіставили з розрахунками статистичної моделі адронізації, яка добре описує процес утворення адронів та ядер у сутичках важких іонів, і модель добре узгоджується з експериментальними даними. Розмір гіперядер – близько двох фемтометрів (2⋅10⁻¹⁵ метрів).
Співвідношення античастинок до частинок для обох гіперядер – 1:1. Це підтверджує рівне утворення матерії та антиматерії при енергіях експерименту у ВАК. Фізика високих енергій поки що не може пояснити дисбаланс матерії та антиматерії у Всесвіті, але кожен експеримент наближає вчених до пояснення асиметрії матерії.