V eksperimentu STAR odkrili antihelij

Ponedeljek, 25 April 2011
natisni
anti-helijV eksperimentu STAR, ki uporablja relativistični trkalnik težkih ionov Narodnega laboratorija ameriškega ministrstva za energijo, je nastalo 18 primerkov najtežjih antidelcev doslej, jeder antihelija-4.

 

 

"Eksperiment STAR je edinstven pri iskanju antihelija-4," pravi predstavnik eksperimenta z Oddelka za jedrsko znanost v Berkeleyu. "Pri masivnih delcih že imamo rekord, saj smo lani identificirali anti-hipertriton, ki vsebuje tri antidelce. Anti-helij-4 s štirimi antinukleoni nastaja še tisočkrat redkeje. Da smo lahko identificirali 18 primerkov, smo morali presejati ostanke milijarde trkov med jedri zlata."

 

Trki energičnih jeder zlata za trenutek poustvarijo razmere v vročem, gostem mladem vesolju samo nekaj milijonink sekunde po velikem poku. Ker so ob velikem poku nastale enake količine materije in antimaterije, bi se morale popolnoma anihilirati med seboj, toda iz razlogov, ki jih še ne razumemo povsem, je preživela samo navadna snov. Danes ta presežna snov tvori celotno vidno vesolje, ki ga poznamo.

Približno enake količine materije in antimaterije nastajajo tudi pri trkih težkih ionov (jeder zlata) v trkalniku. Ognjena krogla, ki jo trki povzročijo, se razširi in ohladi dovolj hitro, da naprave eksperimenta še lahko zaznajo antimaterijo, preden se anihilira.

Navadna jedra helijevih atomov so sestavljena iz dveh protonov in dveh nevtronov. Te delce, imenovane delci alfa, kadar se izsevajo v radioaktivnem razpadu, je v tej obliki pred več kot stoletjem odkril Ernest Rutheford. Jedra antihelija-4 (anti-alfa) vsebujejo dva antiprotona, vezana z dvema antinevtronoma.

Najpogostejši antidelci so navadno najmanj masivni, ker je zanje potrebno manj energije. Carl Anderson je leta 1932 prvi odkril antidelec; to je bil antielektron (pozitron) v ostankih kozmičnih delcev. Antiproton (jedro antivodika) in antinevtron so v petdesetih letih prejšnjega stoletja ustvarili v Bevatronu v Berkeley Labu, jedro antidevterija ("antitežkega vodika" sestavljenega iz antiprotona in antinevtrona) pa v šestdesetih letih v pospeševalnikih v Brookhavenu in CERN-u.

Vsak dodatni nukleon (imenovan barion) poveča barionsko število delca; v trkih eksperimenta STAR se z vsakim povečanjem tega števila možnost identifikacije antidelca zmanjša za približno tisočkrat. Jedro izotopa antihelija z enim nevtronom (antihelij-3) ustvarjajo v pospeševalnikih že od sedemdesetih let prejšnjega stoletja in eksperiment STAR proizvaja mnoge od teh delcev z barionskim številom 3. Jedro antihelija z barionskim številom 4, ki so ga eksperimentatorji pred kratkim oznanili na podlagi 16 primerov iz leta 2010 in dveh iz prejšnjih poskusov, je najtežji izmed vseh doslej zaznanih antidelcev.

"Antihelij bo verjetno še kar nekaj časa ostal najtežji antidelec, ustvarjen v pospeševalniku," pravi Xiangming Sun, ki sodeluje pri eksperimentu. "Naslednje stabilno jedro antimaterije bi bil antilitij, ki pa naj bi v pospeševalniku nastajal dva milijonkrat redkeje kot antihelij."

Maxim Naglis z Oddelka za jedrsko znanost dodaja: "Če bi našli celo en sam primerek antilitija, bi se to zgodilo po čisti sreči; odkrivanje antilitija bo verjetno zahtevalo preboj v tehnologiji pospeševalnikov."

Če je antihelij v pospeševalniku tako redek, težji delci pa še redkejši, zakaj ne bi teh delcev iskali  v vesolju? Prav temu je namenjen spektrometrski eksperiment Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), ki naj bi ga na Mednarodno vesoljsko postajo poslali z enim zadnjih raketoplanov. Poglavitni del njegove naloge je iskanje oddaljenih galaksij, v celoti sestavljenih iz antimaterije.

"Trki med kozmičnimi delci v bližini Zemlje lahko proizvedejo delce antimaterije, toda možnosti, da bi ti trki ustvarili neokrnjeno jedro antihelija, so tako majhne, da bi njegovo odkritje bolj verjetno pomenilo, da ga je k Zemlji prineslo iz oddaljenega predela vesolja, kjer prevladuje antimaterija," pojasnjuje Hans Georg Ritter z Oddelka za jedrsko znanost. "Antimaterija ne izgleda nič drugače od navadne snovi, toda če bi AMS našel samo eno jedro antihelija, bi to pomenilo, da so nekatere galaksije, ki jih vidimo, sestavljene iz antimaterije."

Medtem pa bo eksperiment STAR, ki je pokazal, da antihelij v resnici obstaja, verjetno še kar nekaj časa ohranil svetovni rekord v odkrivanju najtežjih delcev.

Vir: BERKELEY LAB