El experimento científico más grande del mundo lo ha logrado nuevamente, al detectar indicios de la partícula de antimateria más pesada jamás encontrada. Esto significa que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más poderoso jamás construido, ha brindado a los científicos una visión de las condiciones que existían cuando el universo tenía menos de un segundo de existencia. La partícula de antimateria es la compañera de una partícula de materia masiva llamada hiperhelio-4, y su descubrimiento podría ayudar a los científicos a abordar el misterio de por qué la materia regular llegó a dominar el universo, a pesar del hecho de que la materia y la antimateria se crearon en cantidades iguales en los albores de los tiempos.
Este desequilibrio se conoce como “asimetría materia-antimateria”. Las partículas de materia y las partículas de antimateria se aniquilan al entrar en contacto, liberando su energía nuevamente al cosmos. Esto implica que si un desequilibrio entre las dos no hubiera surgido en los comienzos del universo, entonces el cosmos podría haber sido un lugar mucho más vacío y menos interesante.
El LHC no es ajeno a los descubrimientos que cambian paradigmas sobre el universo primitivo. El LHC, que recorre un circuito de 27 kilómetros bajo los Alpes, cerca de Ginebra (Suiza), es famoso por haber descubierto la partícula del bosón de Higgs, el “mensajero” del campo de Higgs responsable de dar masa a otras partículas en los albores de los tiempos. Las colisiones que se producen en el LHC generan un estado de la materia llamado “plasma de quarks y gluones”. Este denso mar de plasma es el mismo que la “sopa primordial” de materia que llenó el universo alrededor de una millonésima de segundo después del Big Bang.
De este plasma de quarks y gluones emergen “hipernúcleos” exóticos y sus contrapartes de antimateria, lo que permite a los científicos echar un vistazo a las condiciones del universo primitivo.
ALICE a través del espejo
Los hipernúcleos contienen protones y neutrones como los núcleos atómicos ordinarios y también partículas inestables llamadas “hiperones”. Al igual que los protones y los neutrones, los hiperones están compuestos de partículas fundamentales llamadas “quarks”. Mientras que los protones y neutrones contienen dos tipos de quarks, conocidos como quarks up y quarks down, los hiperones contienen uno o más de los llamados “quarks extraños”.
Los hipernúcleos se descubrieron por primera vez en los rayos cósmicos, lluvias de partículas cargadas que caen sobre la Tierra desde el espacio profundo, hace unas siete décadas. Sin embargo, rara vez se encuentran en la naturaleza y son difíciles de crear y estudiar en el laboratorio. Esto los ha vuelto un tanto misteriosos.
El descubrimiento de la primera evidencia de los hipernúcleos, que son una contraparte de antimateria del hiperhelio-4, se realizó en el detector ALICE del LHC. Mientras que la mayoría de los nueve experimentos del LHC, cada uno con su propio detector, generan sus resultados al hacer chocar protones a una velocidad cercana a la de la luz, la colaboración ALICE crea plasma de quarks y gluones al hacer chocar partículas mucho más pesadas, generalmente núcleos de plomo o “iones”.
La colisión de iones de hierro es ideal para generar cantidades significativas de hipernúcleos. Sin embargo, hasta hace poco, los científicos que realizaban colisiones de iones pesados solo habían logrado observar el hipernúcleo más ligero, el hipertritón, y su compañero de antimateria, el antihipertritón.
Eso fue hasta principios de 2024, cuando los científicos utilizaron el Colisionador de Iones Pesados Relativistas (RHIC) en Nueva York para detectar antihiperhidrógeno-4, que está compuesto por un antiprotón, dos antineutrones y una partícula que contiene quarks llamada “antilambda”.
Ahora, ALICE ha seguido con la detección de una partícula antihipernúcleo más pesada, el antihiperhelio-4, compuesta por dos antiprotones, un antineutrón y un antilambda. La colisión plomo-plomo y los datos de ALICE que arrojaron la detección del hipernúcleo de antimateria más pesado hasta ahora en el LHC en realidad se remontan a 2018.
La firma del antihiperhelio-4 fue revelada por su desintegración en otras partículas y la detección de estas partículas. Los científicos de ALICE descubrieron la firma del antihiperhelio-4 a partir de los datos utilizando una técnica de aprendizaje automático que puede superar las técnicas de búsqueda habituales de la colaboración.
Además de detectar evidencia de antihiperhelio-4 y antihiperhidrógeno-4, el equipo de ALICE también pudo determinar sus masas, que concordaban bien con las teorías actuales de física de partículas. Los científicos también pudieron determinar las cantidades de estas partículas producidas en colisiones de plomo-plomo.
Encontraron que estos números eran consistentes con los datos de ALICE, lo que indica que la antimateria y la materia se producen en cantidades iguales a partir del plasma de quarks y gluones producido en los niveles de energía que el LHC es capaz de alcanzar. La razón del desequilibrio materia/antimateria del universo sigue siendo desconocida, pero el antihiperhelio-4 y el antihiperhidrógeno-4 podrían proporcionar pistas importantes para resolver este misterio.
Fuente: Live Science.
