Eksperimen ilmiah paling masif di dunia kembali melakukannya, mendeteksi tanda-tanda partikel antimateri terberat yang pernah ditemukan.
Artinya Large Hadron Collider (LHC) paling banyak akselerator partikel yang kuat pernah dibangun, telah memungkinkan para ilmuwan untuk melihat sekilas kondisi yang ada ketika alam semesta berumur kurang dari satu detik. Partikel antimateri adalah pendamping partikel materi masif yang disebut hiperhelium-4, dan penemuannya dapat membantu para ilmuwan mengungkap misteri mengapa materi biasa mendominasi alam semesta, meskipun materi dan antimateri diciptakan dalam jumlah yang sama saat fajar. waktu.
Ketidakseimbangan ini dikenal sebagai “asimetri materi-antimateri”. Partikel materi dan partikel antimateri musnah saat bersentuhan, melepaskan energinya kembali ke kosmos. Hal ini menyiratkan bahwa jika ketidakseimbangan antara keduanya tidak terjadi pada awal alam semesta, maka kosmos mungkin akan menjadi tempat yang jauh lebih hampa dan kurang menarik.
LHC tidak asing dengan penemuan-penemuan yang mengubah paradigma tentang alam semesta awal. LHC, yang membentang sepanjang 27 kilometer (17 mil) di bawah Pegunungan Alpen dekat Jenewa, Swiss, terkenal dengan penemuannya. Partikel Higgs boson“pembawa pesan” medan Higgs yang bertanggung jawab memberikan massanya kepada partikel lain pada awal waktu.
Tabrakan yang terjadi di LHC menghasilkan keadaan materi yang disebut “plasma quark-gluon.” Lautan plasma padat ini sama dengan “sup primordial” materi yang memenuhi alam semesta sekitar sepersejuta detik kemudian. Ledakan Besar.
Dari plasma kuark dan gluon ini muncullah “hipernuklei” eksotik dan antimaterinya, sehingga memungkinkan para ilmuwan melihat sekilas kondisi awal alam semesta.
ALICE melalui kaca mata
Hipernuklei mengandung proton dan neutron seperti inti atom biasa dan juga partikel tidak stabil yang disebut “hiperon”. Seperti proton dan neutron, hiperon tersusun dari partikel fundamental yang disebut “quark”. Meskipun proton dan neutron mengandung dua jenis quark yang dikenal sebagai quark atas dan bawah, hiperon mengandung satu atau lebih yang disebut “quark aneh”.
Hypernuclei pertama kali ditemukan dalam sinar kosmik, hujan partikel bermuatan yang jatuh ke Bumi dari luar angkasa sekitar tujuh dekade lalu. Namun, mereka jarang ditemukan di alam dan sulit dibuat serta dipelajari di laboratorium. Hal ini membuat mereka agak misterius.
Penemuan bukti pertama hipernuklei, yang merupakan antimateri padanan hiperhelium-4, dilakukan di detektor ALICE LHC.
Sementara sebagian besar dari sembilan percobaan di LHC, masing-masing dengan detektornya sendiri, menghasilkan hasil dengan menumbukkan proton mendekati kecepatan cahaya, kolaborasi ALICE menciptakan plasma kuark dan gluon dengan menumbuk partikel yang jauh lebih berat, biasanya inti timbal, atau ” ion.”
Tabrakan ion besi (coba katakan sepuluh kali lebih cepat) sangat ideal untuk menghasilkan hipernuklei dalam jumlah besar. Namun, hingga saat ini, para ilmuwan yang melakukan tumbukan ion berat hanya berhasil mengamati hipernukleus yang lebih ringan, hipertriton, dan antimateri pendampingnya, antihipertriton.
Itu terjadi hingga awal tahun 2024, ketika para ilmuwan menggunakan Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) di New York untuk mendeteksi antihiperhidrogen-4, yang terdiri dari antiproton, dua antineutron, dan partikel yang mengandung quark yang disebut “antilambda”.
Kini, ALICE menindaklanjuti hal ini dengan mendeteksi partikel antihipernukleus yang lebih berat, antihiperhelium-4, yang terdiri dari dua antiproton, antineutron dan antilambda.
Tabrakan timbal-timbal dan data ALICE yang menghasilkan deteksi hipernukleus antimateri terberat di LHC berasal dari tahun 2018.
Ciri khas antihiperhelium-4 terungkap melalui peluruhannya menjadi partikel lain dan deteksi partikel tersebut.
Ilmuwan ALICE mengekstraksi tanda tangan antihyperhelium-4 dari data menggunakan teknik pembelajaran mesin yang dapat mengungguli teknik penelusuran kolaborasi biasa.
Selain mendeteksi bukti antihyperhelium-4 dan antihyperhydrogen-4, tim ALICE juga dapat menentukan massanya, yang sesuai dengan massa yang ada saat ini. teori fisika partikel.
Para ilmuwan juga dapat menentukan jumlah partikel yang dihasilkan dalam tumbukan timbal-timah.
Mereka menemukan bahwa angka-angka ini konsisten dengan data ALICE, yang menunjukkan bahwa antimateri dan materi diproduksi dalam jumlah yang sama dari plasma quark-gluon yang diproduksi pada tingkat energi yang mampu dicapai oleh LHC.
Alasan ketidakseimbangan materi/antimateri di alam semesta masih belum diketahui, namun antihyperhelium-4 dan antihyperhydrogen-4 dapat memberikan petunjuk penting terhadap misteri ini.
