آنتی‌هیپرهلیوم-۴: بزرگترین شتاب‌دهنده اتم جهان سنگین‌ترین ماده ضد تا به امروز را شناسایی کرد
تیم تحقیقاتی در ALICE، یک آزمایش برخورد یون در برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC)، اولین بار مشاهده آنتی‌هیپرهلیوم-۴، همتای ضد ماده هیپرهلیوم را تأیید کرد. این مشاهده در حین بررسی داده‌های یک برخورد سرب-سرب انجام‌شده در سال ۲۰۱۸ و با کمک کمی از الگوریتم‌های یادگیری ماشین انجام شد.
آزمایش‌های LHC شامل برخورد بین یون‌های سنگین برای ایجاد شرایطی است که یک میلیونیم ثانیه پس از بیگ بنگ وجود داشتند، جایی که جهان با پلاسمای کوارک-گلون پر شده بود.
علاوه بر کمک به درک منشأ جهان، این آزمایش‌ها همچنین هسته‌های اتمی و هیپرنوکلیای جدید به همراه همتایان ضد ماده آنها، آنتینهکلئوس و آنتی‌هیپرنوکلیوس تولید می‌کنند.
هیپرنوکلیوس چیست؟
هیپرنوکلیوس‌ها هسته‌های عجیب و غریب، تقریباً به اندازه دو فمتومتر، هستند که پس از مخلوط شدن پروتون‌ها، نوترون‌ها و هیپرون‌ها تشکیل می‌شوند. در حالی که پروتون‌ها و نوترون‌ها اجزای تثبیت‌شده و شناخته‌شده یک اتم هستند، هیپرون‌ها ناپایدار بوده و از یک یا بیشتر کوارک تشکیل شده‌اند.
بیش از هفت دهه پیش در اشعه‌های کیهانی مشاهده شدند، هیپرنوکلیوس‌ها همچنان جذاب هستند چونکه در طبیعت معمولاً یافت نمی‌شوند و در آزمایشگاه ایجاد آنها دشوار است. آزمایش‌هایی مانند LHC آنها را در مقادیر زیاد تولید می‌کنند و این جایی است که آشکارسازهای ALICE و برخورددهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC) تلاش می‌کنند آنها را تشخیص دهند و مورد مطالعه قرار دهند.
اوایل امسال، یک همکاری از محققان در RHIC مشاهده آنتی‌هیپرهیدروژن-۴ را گزارش کردند. این اتم ضد ماده و هیپرنوکلیکی شامل یک آنتی‌پروتون، دو آنتی‌نوترون و یک ذره آنتی‌لنمبدا است. ذره لنمبدا یک هیپرون حاوی یک کوارک عجیب است، در حالی که آنتی‌لنمبدا همتای ضد ماده آن است.
اکنون محققان در ALICE مشاهده آنتی‌هیپرهلیوم-۴، شامل دو آنتی‌پروتون، یک آنتی‌نوترون و یک آنتی‌لنمبدا و سنگین‌ترین هیپرنوکلئوس ضد ماده شناسایی‌شده در LHC تاکنون، را تأیید کرده‌اند.
چگونه مشاهده شد؟
به‌جای تکیه بر تکنیک‌های جستجوی هیپرنوکلیوس مرسوم، محققان از یک رویکرد یادگیری ماشینی برای شناسایی سیگنال‌های هیپرهیدروژن-۴، هیپرهلیوم-۴ و همتایان ضد ماده آنها استفاده کردند.
کلیدی برای شناسایی این هسته‌ها شناسایی ذراتی مانند پیون‌ها و آنتی‌پروتون‌ها بود که این هیپرنوکلی‌ها به آنها تجزیه می‌شوند. وقتی این سیگنال‌ها با ۳.۵ انحراف استاندارد مشاهده شد، محققان نسبت به شواهد مهمی از وجود آنها اطمینان داشتند.
تیم تحقیقاتی همچنین جرم‌ها و تولید مقادیر برای هر دو آنتی‌هیپرهلیوم-۴ و آنتی‌هیپرهیدروژن-۴ را اندازه‌گیری کردند و آنها را با مقادیر میانگین جهانی فعلی سازگار یافتند.
مدل‌های حادرویزه‌سازی آماری به ما کمک می‌کنند تا فرآیند تشکیل هادرون‌ها و پیش‌بینی تولید مقادیر از برخوردهای سنگین-یون را درک کنیم. محققان در ALICE مقادیر تولید از آنتی‌هیپرهلیوم-۴ را اندازه‌گیری کردند و آنها را با اعداد مدل‌های حادرویزه‌سازی مقایسه کردند.
این رویکرد همچنین نشان داد که مدل می‌تواند تولید هیپرنوکلی‌ها را پیش‌بینی کند، به اعلامیه مطبوعاتی اضافه کرد. علاوه بر این، تیم تحقیقاتی نیز ضریب‌تولید ضدذره به ذره را محاسبه کرده و آنها را در محدوده عدم‌قطعیت‌های تجربی یافتند.
آزمایش‌های LHC تاکنون نشان داده است که ضد ماده و ماده به مقادیر برابر تولید می‌شوند و این اطلاعات به ثروت دانش موجود در مورد عدم‌تعادل ماده-ضد ماده در جهان می‌افزاید.
