В эксперименте зарегистрированы ядра антигелия-4

При столкновении ядер золота на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов в Брукхэвенской национальной лаборатории были зарегистрированы ядра антигелия-4.

Каждое такое антиядро состоит из двух антипротонов и двух антинейтронов. По массе оно соответствует альфа-частице, ядру атома гелия-4, которое «весит» 3,73 ГэВ/с². Таким образом, рекорд массы антиядер (2,991 ГэВ/с²), установленный в Брукхэвенской лаборатории в прошлом году при наблюдении антигипертритонов, побит.

Столкновения релятивистских тяжёлых ядер создают горячее и плотное вещество, которое содержит примерно равное число кварков и антикварков и обычно интерпретируется как кварк-глюонная плазма. При остывании вещества и переходе в состояние адронного газа образуются нуклоны и их античастицы.

Результаты этого процесса регистрирует время-проекционная камера детектора STAR, которая предназначена для наблюдения ионизационного следа, оставляемого заряженными частицами. Ядра антигелия-4 идентифицируют по трём измеряемым величинам: радиусу кривизны трека в магнитном поле, средним потерям энергии на единицу длины пути и времени, проведённому частицей в детекторе. Обрабатывая опытную информацию, физики могут определить импульс, заряд и массу частицы, рождённой в результате столкновения.

Время-проекционная камера STAR и зарегистрированное ею столкновение. Трек антигелия-4 выделен красным. (Иллюстрация авторов работы.)

В обсуждаемой работе учитывались данные по 10⁹ столкновений ядер золота на энергии в 200 ГэВ. Однако полезных сигналов, соответствующих ядрам антигелия-4, было отмечено совсем немного — всего 18.

Поскольку частота регистрации антиядер очень сильно снижается при увеличении их массы (добавлении каждого нового антинуклона), рекорд антигелия-4 продержится, вероятно, довольно долго.

Препринт статьи, написанной сотрудниками коллаборации STAR, можно скачать с сайта arXiv.