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Fisica delle particelle: scoperto un nucleo atomico pesante da record fatto di antimateria

7.9.2024

Traduzione: tradotto automaticamente

Nella ricerca del motivo dello squilibrio tra materia e antimateria, i ricercatori continuano a imbattersi in particelle esotiche. Ora hanno trovato l'anti-iperidrogeno-4.

Un gruppo di ricerca internazionale ha scoperto il più pesante nucleo atomico di antimateria osservato finora: il cosiddetto anti-idrogeno-4, una variante esotica dell'anti-idrogeno. Come riporta la collaborazione sulla rivista scientifica "Nature", si tratta di un nucleo atomico composto da un antiprotone, due antineutroni - le rispettive antiparticelle del protone e del neutrone - e una particella antilambda, una combinazione di un quark anti-up, anti-down e anti-strange. Hanno utilizzato il rivelatore STAR del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), un acceleratore di particelle situato presso il Brookhaven National Laboratory negli Stati Uniti. I ricercatori hanno trovato un totale di 16 nuclei atomici di anti-iperidrogeno-4 nei dati.

Secondo la teoria, ogni particella elementare ha un'antiparticella. Entrambe hanno le stesse proprietà, ad esempio la stessa massa. Tuttavia, le loro cariche sono opposte. Gli opposti si attraggono, si dice. Nel caso della materia e dell'antimateria, si annichiliscono a vicenda. Si dice che si disintegrino in una reazione di annichilazione. Questo crea altre particelle più leggere. Tuttavia, anche dopo decenni di intense ricerche, l'antimateria continua a porre numerosi misteri. Ad esempio, non c'è ancora una spiegazione convincente del perché la materia e l'antimateria debbano essere state create in parti uguali durante il Big Bang, ma perché l'universo che vediamo oggi è costituito solo da materia.

Per trovare una spiegazione al problema, è stato necessario un lavoro di ricerca.

Per trovare la ragione di questo piccolo squilibrio, i ricercatori di tutto il mondo stanno cercando di simulare le condizioni che prevalevano poco dopo il Big Bang - come temperature e pressioni estreme. Per farlo, accelerano protoni, elettroni o nuclei atomici più grandi fino a raggiungere quasi la velocità della luce in enormi strutture e li fanno scontrare. I prodotti di decadimento possono essere utilizzati per studiare la struttura della materia e dell'antimateria e la loro interazione.

Nessuna prova di deviazioni dalla teoria

L'acceleratore RHIC viene normalmente utilizzato per studiare il plasma quark-gluon e la struttura di spin del protone. Nel 2011, è stato creato e osservato l'elemento di antimateria più pesante finora esistente, l'antielio-4. I ricercatori hanno ora analizzato i dati di sei miliardi di collisioni di nuclei d'oro e hanno fatto una scoperta straordinaria: un nucleo atomico esotico fatto di antimateria, l'anti-iperidrogeno-4, mai scoperto prima. Affinché si formi un nucleo atomico di questo tipo, è necessario che un antiprotone, due antineutroni e una particella antilambda si scontrino in un unico punto. Questo accade estremamente raramente. Una particella antilambda è una particella di brevissima durata che consiste in un quark anti-up, un quark anti-down e un quark anti-strange.

Come l'antiidrogeno, l'antilambda è una particella che ha una vita molto breve.

Poiché anche l'anti-idrogeno-4 ha una vita molto breve e decade di nuovo in frazioni di secondo, gli scienziati hanno dovuto deviare dai prodotti di decadimento noti: Antielio-4 e un pione, quest'ultimo composto da un quark e un anti-quark. Utilizzando queste particelle più stabili, sono stati in grado di concludere che l'esotico e pesante nucleo antiatomico deve essere esistito per un breve momento.

In un secondo momento, i ricercatori hanno confrontato la durata dell'antiidrogeno-4 con quella dell'iperidrogeno-4, cioè la controparte fatta di materia normale. Non hanno riscontrato alcuna differenza. Sebbene questo confermi gli attuali modelli fisici, non fornisce ancora una volta alcun indizio su come si sia creato lo squilibrio tra materia e antimateria nell'universo.

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articolo originale su Spektrum.de

Immagine di copertina: Shutterstock / Vchal

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