Laboratorio scientifico (Pixabay FOTO) - www.sciencecue.it
Il team ALICE identifica per la prima volta l’antiperelio-4 al LHC, ecco le nuove scoperte sugli ipernuclei e antimateria.
Il team ALICE ha fatto una scoperta interessante nel campo della fisica delle particelle. Nello specifico, ha identificato tracce dell’antiperelio-4.
Al LHC, ossia il più grande e potente acceleratore di particelle del mondo, hanno fatto scontrare degli ioni pesanti che hanno creano un tipo di materia molto caldo e denso, chiamato plasma di quark e gluoni.
Normalmente, i quark e i gluoni sono intrappolati dentro particelle come protoni e neutroni. Ma nel plasma i quark e i gluoni sono liberi di muoversi a causa del calore e della densità estremi, proprio come si pensa accadesse nell’Universo poco dopo il Big Bang.
Tali collisioni creano anche le condizioni ideali per la produzione di nuclei atomici, ipernuclei esotici e le loro controparti di antimateria. La scoperta dell’antiperelio-4 ci fornisce nuovi spunti per lo studio dell’asimmetria materia-antimateria nell’Universo.
Gli ipernuclei sono un tipo speciale di nuclei atomici che, oltre ai soliti protoni e neutroni, contengono anche iperoni. Questi ultimi sono particelle instabili che si formano solo in condizioni molto particolari e contengono un tipo raro di quark (quark strano). Gli ipernuclei sono stati scoperti più di 70 anni fa con l’osservazione dei raggi cosmici, ossia particelle che viaggiano nello spazio e colpiscono l’atmosfera terrestre. Tuttavia, studiarli rimane complicato. Questo perché sono rari e vivono per pochissimo tempo prima di decadere in altre particelle. Tuttavia, le collisioni di ioni pesanti creano condizioni adatte alla produzione di nuclei. Fino ad oggi, gli esperti avevano osservato principalmente ipernuclei leggeri, come l’ipertritone. Quest’ultimo è composto da un protone, un neutrone e un lambda (iperone che contiene un quark strano). Tuttavia, gli esperti hanno da poco fatto dei progressi importanti nella scoperta di ipernuclei più pesanti, inclusa l’osservazione di antiperelio-4.
Si tratta di una particella che presenta due antiprotoni, un antineutrone e un antilambda. Questa scoperta arriva dall’analisi dei dati della collisioni di piombo-piombo nel 2018 al LHC. Per l’appunto, hanno registrato un’energia di 5,02 TeV per ciascuna coppia di nucleoni coinvolti. ALICE ha utilizzato una tecnica di apprendimento automatico che ha identificato segnali di iperidrogeno-4, iperelio-4 e delle loro controparti di antimateria. Nello specifico, per identificare particelle come (anti)iperidrogeno-4 e (anti)iperelio-4, i ricercatori hanno osservato come queste decadono (si trasformano in altre particelle). Il primo, si trasforma in un nucleo di (anti)elio-4 e una particella chiamata pione carico. Mentre il secondo si trasforma in un nucleo di (anti)elio-3, un (anti)protone e un pione carico. La scoperta è importante perché l'(anti)iperelio-4 è la particella di antimateria più pesante mai trovata al LHC. Questo aiuta a capire meglio come funzionano gli ipernuclei e la differenza tra materia e antimateria.
La scoperta dell’antihyperelio-4 ha implicazioni significative per la comprensione dell’equilibrio tra materia e antimateria nell’Universo. Una delle grandi domande della fisica è perché nell’Universo ci sia tanta materia e pochissima antimateria. Per l’appunto, si pensa che subito dopo il Big Bang esse si siano create in quantità uguali. Tuttavia, oggi vediamo solo materia, mentre l’antimateria è quasi scomparsa. Tutto ciò rimane un mistero. Studi come quello condotto dalla collaborazione ALICE sono fondamentali per esplorare l’origine di questa asimmetria. La ricerca ha anche offerto nuove conoscenze sulla formazione di adroni e nuclei nelle collisioni di ioni pesanti.
Essa ha confermato che il modello di adronizzazione statistica – processo in cui quark e gluoni si combinano per formare particelle più grandi chiamate adroni – fornisce una buona descrizione della produzione degli ipernuclei. Questi ultimi sono oggetti estremamente compatti e hanno dimensioni di circa 2 femtometri (un milionesimo di milionesimo di millimetro). Le misurazioni degli ipernuclei mostrano che i loro rendimenti e le masse sono coerenti con i valori medi globali. Oltre a ciò, i rapporti tra antiparticelle e particelle sono quasi uguali. Questo conferma che ALICE ha osservato una produzione uguale di materia e antimateria nelle collisioni di ioni pesanti. Ciò aiuta a capire meglio perché nell’Universo c’è più materia che antimateria.