Німецькі фізики заявили про революційне відкриття, що пояснює принцип утворення матерії й антиматерії

Фізики з Технічного університету Мюнхена (TUM), працюючи в рамках експерименту ALICE на Великому адронному колайдері (CERN), здійснили прорив у розумінні того, як утворюються одні з найпростіших атомних ядер — дейтони та їхні антиматерні аналоги. Вперше вдалося безпосередньо спостерігати процес формування цих легких ядер у надекстремальних умовах частинкових зіткнень. Результати опубліковані в журналі Nature.

Дейтон складається лише з протона і нейтрона, які зв’язані відносно слабкою силою — саме тому вчені вважали, що в умовах, коли температура під час зіткнень у колайдері перевищує температуру центра Сонця у сто тисяч разів, такі структури мали б миттєво розпадатися. Однак спостереження показали інше: приблизно 90% усіх зафіксованих дейтонів та антидейтонів утворюються не одразу, а пізніше — під час охолодження плазми, коли умови стають стабільнішими.

Схематичне художнє зображення утворення дейтронів. Джерело: ALICE/TUM

Ключове відкриття полягає в тому, що протони й нейтрони не присутні на початку зіткнення. Вони виникають у результаті розпаду недовготривалих резонансних частинок, після чого об’єднуються у легкі ядра. Такий самий механізм діє і для антиматерії. Це пояснює, як подібні частинки можуть формуватися навіть у найгарячіших і найенергійніших середовищах, подібних до раннього Всесвіту.

«Наші результати — це важливий крок до глибшого розуміння сильної взаємодії, яка утримує протони й нейтрони разом у ядрі атома. Ми бачимо, що легкі ядра не формуються в гарячій фазі, а з’являються пізніше, коли умови стають спокійнішими», — пояснила професорка Лаура Фабієтті з TUM.

За словами доктора Максіміліана Махляйна, учасника дослідження, відкриття має значення не лише для ядерної фізики, а й для астрофізики. Адже подібні легкі ядра формуються також у космосі — під час взаємодії космічних променів або процесів, пов’язаних із темною матерією. Нові дані допоможуть точніше моделювати ці явища та інтерпретувати результати спостережень.

Це відкриття проливає світло на один із найзагадковіших процесів у фізиці елементарних частинок — перехід від хаотичної плазми кварків і глюонів до стабільних ядер матерії. Саме такі процеси, які зараз відтворюються в експериментах ALICE, колись визначили, як із хаосу Великого вибуху сформувався наш матеріальний Всесвіт.