עדות לחלקיק אנטי-חומר מוזר שנראה במאיץ ההדרונים הגדול בפעם הראשונה

במאיץ ההדרונים הגדול ב-CERN מתקיימות התנגשויות עוצמתיות, שבהן, למשך שבריר שנייה, משוחזרים התנאים ששררו מיד לאחר המפץ הגדול. בתוך שטף החלקיקים העצום הנוצר באותם רגעים, פיזיקאים מחפשים את החריגים והמוזרים ביותר, שכן הם מספקים תובנות חדשות על גבולות הפיזיקה המוכרת לנו. כעת, צוות החוקרים של גלאי היונים ALICE הכריז על גילוי יוצא דופן במיוחד.

במאמר חדש, שטרם עבר ביקורת עמיתים, דווחו עדויות לקיומו של אנטי-היפר-הליום-4 – שם שנשמע כמו משהו הלקוח מסדרת מדע בדיוני יותר מאשר ממעבדה פיזיקלית. כדי להבין במה מדובר, נתחיל מהבסיס: הליום הוא היסוד השני הקל והנפוץ ביותר ביקום, עם גרעין המורכב משני פרוטונים ושני נייטרונים, שמסביבו חג זוג אלקטרונים.

איור של ייצור אנטי-היפר-הליום-4 / Image: Janik Ditzel for the ALICE collaboration

אלקטרונים הם חלקיקים יסודיים, כלומר הם אינם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. לעומתם, פרוטונים ונייטרונים אינם יסודיים - כל אחד מהם בנוי משלושה קווארקים. בפרוטון יש שני קווארקים מסוג "למעלה" (up) ואחד מסוג "למטה" (down), ואילו בנייטרון יש קווארק אחד "למעלה" ושניים "למטה".

אך לצד שני סוגי הקווארקים הללו, קיימים ארבעה סוגים נוספים. אחד מהם הוא הקווארק המוזר, שהוא גרסה כבדה יותר של הקווארק "למטה". כאשר מצרפים קווארק מוזר לשני קווארקים אחרים, מתקבל היפרון - חלקיק הדומה לפרוטון או לנייטרון, אך בעל מסה גבוהה יותר.

ההיפרונים הללו אינם יציבים, אך הם יכולים להתקיים למשך זמן קצר מספיק כדי להצטרף לפרוטונים ולנייטרונים וליצור גרעינים אקזוטיים. היפר-הליום-4, למשל, מורכב משני פרוטונים, נייטרון אחד והיפרון מסוג באריון למדא - חלקיק שמכיל קווארק "למעלה", קווארק "למטה" וקווארק מוזר.

אך אם זה לא מספיק מסובך, החוקרים לא מצאו עדות להיפר-הליום-4 עצמו, אלא למקבילו האנטי-חומר: אנטי-היפר-הליום-4. גרעין זה מורכב משני אנטי-פרוטונים, אנטי-נייטרון ואנטי-למדא. בניסוי, המדענים זיהו את תוצרי הדעיכה של אנטי-היפר-הליום-4 - גרעין אנטי-הליום-3, אנטי-פרוטון ופאיון טעון. זהו ההיפר-גרעין האנטי-חומר הכבד ביותר שהתועד עד כה במאיץ ההדרונים הגדול.

בשנה שעברה, חוקרים במאיץ ההדרונים הגדול הכריזו על גילוי ההיפר-גרעין הקל ביותר שנמצא עד כה – היפר-טריטון, לצד מקבילו האנטי-חומר, אנטי-היפר-טריטון. מוקדם יותר השנה, צוות STAR במאיץ היונים הכבדים RHIC יצר אנטי-היפר-מימן-4 - גרעין המורכב מאנטי-פרוטון, שני אנטי-נייטרונים ואנטי-למדא – אשר רק מעט קל יותר מאנטי-היפר-הליום-4. גם בניסוי ALICE אותרו עדויות לאנטי-היפר-מימן-4 בקרב חלקיקי השאר.

מחקרים מסוג זה שואפים לפתור אחת מהתעלומות הגדולות של היקום: מדוע הוא מורכב מחומר ולא מאנטי-חומר, על אף שחוקי הפיזיקה קובעים ששניהם אמורים להיווצר בכמויות שוות ולהתנהג בצורה סימטרית, מלבד ההבדל במטען החשמלי.

עד כה, התצפיות על חלקיקים אלו לא הצביעו על שום סטייה מההתנהגויות הצפויות של חומר ואנטי-חומר - אך המחקר נמשך במטרה לחשוף את המנגנון שהיטה את הכף לטובת החומר ביקום שלנו.

מקורות:

• קטעים מהמחקר- First measurement of A = 4 (anti)hypernuclei at the LHC מאת ALICE Collaboration.

• קטעים מהמחקר- Evidence Of Bizarre Antimatter Particle Seen At CERN For The First Time מאת IFLScience שנכתב ע"י: Dr. Alfredo Carpineti.

• קטעים מהמחקר- First-ever evidence of the antimatter partner of hyperhelium-4 מאת TechExplorist שנכתב ע"י: Amit Malewar.