Столкновения частиц внутри Большого адронного коллайдера (БАК) создают температуры, превосходящие центр Солнца в сотни тысяч раз. Настолько экстремальные условия, казалось бы, неизбежно разрывают связи внутри атомных ядер.
Однако удивительным образом легкие атомные ядра, включая их антиматериальные аналоги, покидают область столкновений невредимыми. Физикам потребовалось время, чтобы раскрыть этот парадокс. Коллаборация ALICE дала ответ, построив модель процессов с легкими ядрами на основе уникальных экспериментальных данных.
Загадка дейтронов и антидейтронов
Ученые ALICE исследовали дейтроны (пары протон-нейтрон, образующие ядро дейтерия) и антидейтроны, возникающие при столкновениях протонов на БАК. Были получены четкие свидетельства: почти 90% таких пар образуются не в момент первичного удара, а позже — благодаря процессам ядерного синтеза из частиц-«осколков» столкновения. При этом одна из частиц, формирующая дейтрон, появлялась после распада исключительно недолговечной частицы.
Расшифровка импульсов: ключ к разгадке
Физики провели детальные измерения импульсов дейтронов и пионов (легких частиц из кварк-антикварковой пары). Обнаруженная корреляция их импульсов стала ключевым указанием: пион и один из нуклонов (протон или нейтрон) в дейтроне фактически являются «потомками» одной быстро распадающейся родительской частицы.
Эта частица, известная как дельта-резонанс (Δ), существует лишь доли триллионных долей секунды, распадаясь на пион и нуклон. Последний же способен объединяться (синтезироваться) с соседними нуклонами, формируя легкие ядра, включая дейтроны.
Защитный холод: единый механизм синтеза
Важно, что этот процесс синтеза происходит на небольшом расстоянии от раскаленного эпицентра столкновения, в сравнительно охлажденной области. Это критически повышает шанс только что сформировавшихся ядер и анти-ядер на выживание. Наблюдения подтвердили идентичность механизма для образования как дейтронов, так и антидейтронов в коллайдере.
Прорывное открытие и его значение
«Полученные данные стали настоящей вехой. Они закрывают важный пробел в нашем понимании рождения ядер из фундаментальных кварков и глюонов. Эти результаты дают бесценный материал для развития новых теоретических моделей в физике высоких энергий», — отметили в коллаборации.
Это впечатляющее открытие обладает колоссальным значением для астрофизики и космологии. Легкие ядра и антиядра постоянно формируются в космосе при взаимодействии космических лучей с межзвездной средой, а также могут возникать в процессах, связанных с темной материей.
Вселенские возможности
Уникальные данные ALICE стали экспериментальным фундаментом для моделирования возникновения легких ядер в глубинах Вселенной. Разрабатывая точные модели на основе этих данных, ученые смогут гораздо глубже интерпретировать информацию о космических лучах и совершенствовать поиски неуловимой темной материи.
Источник: naked-science.ru
