برخورددهنده هادرونی بزرگ اولین شواهد سنگین‌ترین ذره پادماده تاریخ را کشف کرد

برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC)، قدرتمندترین شتاب‌دهنده ذرات در جهان، دوباره دستاوردی عظیم داشته است. این برخورددهنده که در مرکز سرن وجود دارد، توانسته است نشانه‌های سنگین‌ترین ذره پادماده تاریخ را پیدا کند. دانشمندان این مرکز با شبیه‌سازی شرایط بیگ‌بنگ در تلاشند تا بفهمند که ماده چگونه بر پادماده غلبه کرده است.

ذره پادماده‌ای که LHC نشانه‌های آن را پیدا کرده، ذره همتای ماده‌ای موسوم به هایپرهلیم-4 است که کشف آن می‌تواند به دانشمندان در حل این معما کمک کند: چرا مواد معمولی توانستند بر جهان غلبه کنند، درحالی‌که ماده و پادماده در هنگام آغاز زمان به یک اندازه ایجاد شده بود.

برخوردهایی که در LHC رخ می‌دهد، حالتی از ماده را می‌سازد که با عنوان «پلاسمای کوارک-گلوئون» شناخته می‌شود. این دریای غلیظ از پلاسما همان «سوپ بنیادین» ماده‌ای است که حدود یک‌میلیونم ثانیه پس از بیگ‌بنگ جهان را پر کرد. «هایپرنوکلئی» و پادماده‌های همراهش از همین پلاسمای کوارک-گلوئون پدید می‌آید و به دانشمندان اجازه می‌دهد شرایط آغازین جهان را ببینند.

کشف اولین شواهد از ذره پادهایپرهلیم-4 با برخورددهنده هادرونی بزرگ

اکنون اولین شواهد از این هایپرنوکلئی که همتای هایپرهلیم-4 است، در ابزار ALICE در برخورددهنده هادرونی بزرگ مشاهده شده است. هرچند اکثر 9 آزمایش موجود در LHC، که هر کدام با دستگاه مخصوص خود انجام می‌شود، از طریق به‌هم‌زدن پروتون‌ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور به نتیجه می‌رسد، در ALICE پلاسمای کوارک-گلوئون با به‌هم‌زدن ذرات بسیار سنگین‌تر، معمولاً هسته سرب یا یون‌ها، به‌وجود می‌آید.

چند وقت پیش دانشمندان از برخورددهنده یونی RHIC در نیویورک استفاده کردند تا پادهایپرهیدروژن-4 را شناسایی کنند. حالا دانشمندان سرن با ابزار ALICE همین رویکرد را تکرار کردند و موفق به مشاهده پاد-هایپرنوکلئی سنگین‌تری به‌نام پادهایپرهلیم-4 شدند که از دو پادپروتون، یک پادنوترون و یک پادلامبدا تشکیل شده است.

البته برخورد ذرات و داده‌های مربوطه در سال 2018 در ابزار ALICE به‌دست آمده بود، اما دانشمندان اکنون با یک تکنیک یادگیری ماشینی موفق شدند امضای پادهایپرهلیم-4 را پیدا و جرم آن را اندازه‌گیری کنند.

پاسخ این سؤال که چرا تعادلی بین ماده و پادماده در جهان وجود ندارد، هنوز کشف نشده است، اما شناسایی پادهایپرهلیم-4 و پادهایپرهیدروژن-4 می‌تواند به حل این معما کمک کند.