นักฟิสิกส์กับความร่วมมืออลิซที่ Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN ได้เห็นหลักฐานแรกของ antihyperhelium-4 ซึ่งประกอบด้วยแอนติโปรตอนสองตัว แอนตินิวตรอน และแอนติแลมบ์ดา ผลลัพธ์ใหม่ยังแสดงถึงหลักฐานแรกของปฏิสสารที่หนักที่สุดอีกด้วยไฮเปอร์นิวเคลียสยังอยู่ที่ LHC
ภาพประกอบการผลิต antihyperhelium-4 ในการชนระหว่างตะกั่วและตะกั่ว เครดิตรูปภาพ: J. Ditzel พร้อมความช่วยเหลือจาก AI
การชนกันระหว่างไอออนหนักที่ LHC ทำให้เกิดพลาสมาควาร์ก-กลูออน ซึ่งเป็นสถานะที่ร้อนและหนาแน่นของสสารที่เชื่อกันว่าเต็มจักรวาลประมาณหนึ่งในล้านของวินาทีหลังจากบิกแบง
การชนกันของไอออนหนักยังสร้างสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการผลิตนิวเคลียสของอะตอมและไฮเปอร์นิวเคลียสที่แปลกใหม่ เช่นเดียวกับปฏิสสารที่เหมือนกัน แอนตินิวเคลียส และแอนติไฮเปอร์นิวเคลียส
การวัดรูปแบบของสสารเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ รวมถึงการช่วยให้เข้าใจการก่อตัวของฮาดรอนจากควาร์กและกลูออนที่เป็นส่วนประกอบของพลาสมา และความไม่สมดุลของสสาร-ปฏิสสารที่เห็นในจักรวาลปัจจุบัน
ไฮเปอร์นิวเคลียสเป็นนิวเคลียสที่แปลกใหม่ที่เกิดจากการผสมกันของโปรตอน นิวตรอน และไฮเปอร์รอน โดยอนุภาคหลังนี้เป็นอนุภาคที่ไม่เสถียรซึ่งมีควาร์กชนิดแปลกตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป
กว่า 70 ปีนับตั้งแต่การค้นพบในรังสีคอสมิก ไฮเปอร์นิวเคลียสยังคงเป็นแหล่งที่มาของความหลงใหลสำหรับนักฟิสิกส์ เนื่องจากพวกมันหายากในธรรมชาติ และการสร้างและศึกษาพวกมันในห้องปฏิบัติการถือเป็นเรื่องท้าทาย
ในการชนกันของไอออนหนัก ไฮเปอร์นิวเคลียสจะถูกสร้างขึ้นในปริมาณที่มีนัยสำคัญ แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ มีเพียงไฮเปอร์นิวเคลียสที่เบาที่สุด นั่นคือ ไฮเปอร์ไตรตัน (ประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และแลมบ์ดา) และคู่ปฏิสสารของมัน คือ แอนติไฮเปอร์ไตรตอน (ประกอบด้วยแอนติโปรตอน แอนตินิวตรอน และแอนติแลมบ์ดา) ได้รับการสังเกต
ภายหลังการสังเกตล่าสุดของนักฟิสิกส์ของ ALICE ตรวจพบสารต้านฮีเปอร์ฮีเลียม-4
ผลลัพธ์มีค่านัยสำคัญเท่ากับค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 3.5 และยังแสดงถึงหลักฐานแรกของไฮเปอร์นิวเคลียสปฏิสสารที่หนักที่สุดที่ LHC
การวัด ALICE ขึ้นอยู่กับข้อมูลการชนกันของตะกั่ว-ตะกั่วที่ถ่ายในปี 2018 ที่พลังงาน 5.02 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) สำหรับคู่นิวคลีออนที่ชนกันแต่ละคู่ (โปรตอนและนิวตรอน)
นักวิจัยได้ศึกษาข้อมูลเพื่อหาสัญญาณของไฮเปอร์ไฮโดรเจน-4 ไฮเปอร์ฮีเลียม-4 และคู่ปฏิสสารของพวกมันโดยใช้เทคนิคการเรียนรู้ด้วยเครื่องจักรซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเทคนิคการค้นหานิวเคลียสทั่วไป
สารที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับ (ต้าน)ไฮเปอร์ฮีเลียม-4 ถูกระบุโดยการมองหานิวเคลียส (ต้าน)ฮีเลียม-4 และไพออนที่มีประจุที่มันจะสลายตัวไป ในขณะที่สารที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับ (ต้าน)ไฮเปอร์ฮีเลียม-4 ถูกระบุผ่านการสลายของมันไปเป็น (ต้าน)ฮีเลียม -3 นิวเคลียส โปรตอน (แอนติ) และไพออนที่มีประจุ
นอกเหนือจากการค้นหาหลักฐานของ antihyperhelium-4 ที่มีนัยสำคัญเป็น 3.5 ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน เช่นเดียวกับหลักฐานของ antihyperhydrogen-4 ที่มีนัยสำคัญเป็น 4.5 ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน ทีม ALICE ยังตรวจวัดผลผลิตและมวลของไฮเปอร์นิวเคลียสทั้งสอง
“สำหรับไฮเปอร์นิวเคลียสทั้งสอง มวลที่วัดได้นั้นสอดคล้องกับค่าเฉลี่ยโลกในปัจจุบัน” นักวิทยาศาสตร์กล่าว
“ผลผลิตที่วัดได้นั้นถูกนำมาเปรียบเทียบกับการคาดการณ์จากแบบจำลองฮาโรไนเซชันทางสถิติ ซึ่งให้คำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับการก่อตัวของฮาดรอนและนิวเคลียสในการชนของไอออนหนัก”
“การเปรียบเทียบนี้แสดงให้เห็นว่าการคาดการณ์ของแบบจำลองนั้นสอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับข้อมูล หากทั้งสถานะไฮเปอร์นิวเคลียร์และสถานะภาคพื้นดินที่ถูกตื่นเต้นรวมอยู่ในการคาดการณ์”
“ผลลัพธ์ยืนยันว่าแบบจำลองฮาโรไนเซชันเชิงสถิติสามารถให้คำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับการผลิตไฮเปอร์นิวเคลียส ซึ่งเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีขนาดประมาณ 2 เฟมโตมิเตอร์”
ผู้เขียนยังได้กำหนดอัตราส่วนผลผลิตของปฏิปักษ์ต่ออนุภาคของไฮเปอร์นิวเคลียสทั้งสองและพบว่าเห็นด้วยกับเอกภาพภายในความไม่แน่นอนของการทดลอง
“ข้อตกลงนี้สอดคล้องกับการสังเกตของ ALICE เกี่ยวกับการผลิตสสารและปฏิสสารที่เท่ากันที่พลังงาน LHC และเพิ่มการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่เกี่ยวกับความไม่สมดุลของสสารและปฏิสสารในจักรวาล” พวกเขาสรุป
