Como explicó Futura hace unos meses, este año el Cern celebra su 70 aniversario de su descenso al mundo de lo infinitamente pequeño con el microscopiosmicroscopios aceleradores de partículas de alta energía equipados con detectores. Se trata de sondear los misterios de las fuerzas y de la materia, particularmente durante la gran explosióngran explosión.
Tras el descubrimiento de los quarks hace casi 60 años, seguido poco después por el de la teoría electrodébil y la cromodinámica cuántica, físicosfísicos entendió que aproximadamente una millonésima de segundo después del Big Bang, el plasma de quarks y gluonesgluonesa veces llamado quagma, que componía en parte el contenido delUniversoUniverso primordial, debe haberse condensado en gotas de líquidolíquido hadrónico, es decir protonesprotones y neutronesneutrones con un baño de otros hadroneshadrones transitorio y muy inestable como el mesonesmesones y hiperones.
Los físicos de cerncern saber recrear este evento con colisiones entre ionesiones Objetos pesados acelerados por el Gran Colisionador de Hadrones (LHCLHC). Los productos de estas colisiones y los fenómenos asociados se estudian utilizando Alice, uno de los grandes detectores gigantes del LHC. Durante años, los investigadores han estado buscando formas de materia allí. exóticoexótico llamados “hipernúcleos”, así como sus correspondientes antinúcleos, pero que existen de forma fugaz una vez sintetizados, lo que explica que no solemos ver esta forma de materia a nuestro alrededor. Esperan comprender mejor no sólo los fundamentos de la materia hadrónica, sino también encontrar pistas para explicar el enigma de la antimateria cosmológica.
Alice estudia el plasma de quarks y gluones, un estado de la materia que se cree existió justo después del Big Bang. © RTS, ARTE GEIE y CERN
El antihipernúcleo más pesado conocido.
Sabemos de hecho que según el físicofísico altas energías conocidas, tantas partículas de materia comoantimateriaantimateria Los gemelos debieron existir durante el Big Bang para terminar aniquilándose entre sí al darse fotonesfotones. Está claro que no es así y parece que una nueva física ha permitido producir un poco más de materia que antimateria, pero ¿cuál?
Los miembros de la colaboración Alice han publicado en línea, en arXiv, un artículo acompañado de un comunicado de prensa del Cern para anunciar que habían logrado producir y descubrir nuevos hipernúcleos y antihipernúcleos. ¿Pero qué es exactamente?
Para descubrirlo, retrocedamos un poco. Fue a principios de la década de 1930 cuando Werner Heisenberg propuso el concepto moderno de núcleo de átomosátomos compuesto por protones y neutrones. Entonces sólo conocíamos estas partículas y electroneselectrones y su antipartículasantipartículas durante esta década, en la que Robert Oppenheimer y sus alumnos sentaron las bases de la teoría de la estrellas de neutronesestrellas de neutrones y agujeros negrosagujeros negros.
Sin embargo, empezamos a sospechar la existencia de neutrinosneutrinos y primos masivos de los fotones que “pegan” protones y neutrones en los núcleos, a saber, los piones Yukawa. Fue sólo entre los años 1940 y 1960 que un maremotomaremoto Surgirán nuevas partículas subatómicas que conducirán a la imagen moderna de la materia con leptonesleptones y hadrones.
Hadrones, leptones, mesones, hipérones… y todo eso
Recordemos también que fue el físico ruso Lev Okun quien, en 1962, propuso llamar hadrones al conjunto de partículas sensibles a las fuerzas nucleares fuertes entre protones y neutrones. De la palabra griega hadrosque significa más o menos ancho y pesado, se opuso al nombre leptón, del griego λεπτός/ leptos (“luz”), pequeño y ligero, usado para describir electrones y neutrinos. Esta elección era lógica ya que un protón, al igual que un neutrón, es casi 2.000 veces más pesado que un electrón y considerablemente más pesado que los neutrinos.
Las partículas hadrónicas de masasmasas intermedios entre los de los electrones y los protones se llamaban mesones, otra palabra que proviene del griego, aquí medio que significa “el medio, la medida justa”.
Las partículas hadrónicas tan pesadas o incluso más pesadas que los protones y los neutrones se denominan barionesbarionessiempre por el griego y en este caso barysque significa “pesado”.
El zoológico de hadrones se explicó durante las décadas de 1960 y 1970 con el desarrollo y descubrimiento de la teoría de los quarks y quedó claro que los mesones eran pares de quarks y antiquarks, mientras que los bariones eran tripletes. Entre estos trillizos, algunos fueron descubiertos en rayos cósmicosrayos cósmicos y son más pesados que los protones y los neutrones, por eso lógicamente se les llamó hiperones.
El término fue acuñado por el físico francés Louis Leprince-Ringuet en 1953 y anunciado por primera vez en la conferencia sobre rayos cósmicos en Bagnères-de-Bigorre. Sorprendentemente, ya en 1952, los físicos Danysz y Pniewski también descubrieron en los rayos cósmicos una clase de núcleos llamados hipernúcleos o hiperfragmentos. Habían demostrado que se trataba de núcleos en los que un protón o un neutrón había sido sustituido por un hiperón.
Una tabla de Mendeleev para los hipernúcleos.
Desde entonces se han estudiado los hipernúcleos y los hiperones, y se sabe que los hiperones son partículas inestables que contienen al menos un quark extrañoquark extrañopero ningún quark hermoso o quark encantadoquark encantado. Creadas fugazmente en un acelerador, estas partículas deberían existir dentro de estrellas de neutrones, donde también puede existir un plasma de quarks y gluones.
Durante las colisiones que se producen en el contexto de la física nuclear o de partículas, también se pueden formar hiperones. Puesto que son sensibles a interacciones fuertesinteracciones fuertesse pueden incorporar a un núcleo para dar hipernúcleos, caracterizados por varias cargas eléctricas Z, pero también por otras. número cuánticonúmero cuántico S, extrañeza, llevada por el extraño quark presente en el hiperón.
Por lo tanto, habíamos detectado núcleos exóticos de este tipo desde hacía mucho tiempo, ampliando en cierto modo la El cuadro de Mendeleev.El cuadro de Mendeleev..
De hecho, como explicó Futura en un artículo anterior, el 23 de agosto de 2023, durante la conferencia de la Sociedad Europea de Física sobre física de altas energías (EPS-HEP), la colaboración LHCb, utilizando otro detector gigante con el LHC, anunció su primera observación de hipertritones y antihipertritones.
Los hipertritones reciben su nombre del hecho de que son análogos de isótoposisótopos delhidrógenohidrógeno ¿Cuáles son los núcleos de tritiotritioes decir con un protón y dos neutrones. Pero en el presente caso uno de los neutrones o antineutrones es sustituido por un hiperón o un antihiperón Λ.
Antihiperhelio-4 a base de antilambda
Ahora podemos entender lo que la colaboración Alice anunció en el LHC, es decir, la primera observación de núcleos de antihiperhelio-4, que se componen de dos antiprotonesantiprotonesun antineutrón y un antilambda. También es el hipernúcleo de antimateria más pesado jamás observado en el LHC.
El comunicado de prensa del Cern explica que el descubrimiento se basa en “ datos de accidentes dirigirdirigir-plomo tomado en 2018 a una energía de 5,02 teraelectronvoltios (TeV) por cada par de nucleonesnucleones en colisión (protones y neutrones). Utilizando una técnica de aprendizaje automático que supera a las técnicas convencionales de búsqueda de hipernúcleos, los investigadores de Alice examinaron los datos para detectar señales del hiperhidrógeno-4 (compuesto por un antiprotón, dos antineutrones y un antilambda), el hiperhelio-4 y sus compañeros de antimateria. Los candidatos para (anti)hiperhidrógeno-4 se identificaron buscando el núcleo de (anti)heliohelio-4 y el pión cargado en el que se desintegra, mientras que los candidatos para (anti)hiperhelio-4 se identificaron a través de su desintegración en un núcleo de (anti)helio-3, un (anti)protón y un peón cargado ».
El Cern finalmente explica que “ Los investigadores también determinaron las relaciones de rendimiento de antipartícula/partícula para los dos hipernúcleos y descubrieron que coincidían con la unidad, teniendo en cuenta las incertidumbres experimentales. Esta coincidencia es consistente con las observaciones de Alice sobre la producción igual de materia y antimateria en las energías del LHC y se suma a la investigación en curso sobre el desequilibrio materia-antimateria en el Universo. ».
