Los físicos de la Colaboración STAR han observado por primera vez un nuevo hipernúcleo de antimateria, el antihiperhidrógeno-4, que es el más pesado descubierto hasta la fecha en experimentos.
Este estudio, dirigido por investigadores del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia China de Ciencias, se ha publicado en la revista Nature.
La física actual asume que las propiedades de la materia y la antimateria son simétricas y que existían cantidades iguales de materia y antimateria en el nacimiento del universo. Sin embargo, algún misterioso mecanismo físico causó la aniquilación de la mayor parte de la materia y la antimateria, y solo sobrevivió una de cada diez mil millones de partículas de materia. Estas partículas formaron el mundo de materia que vemos hoy.
"¿Qué causó la diferencia en las cantidades de materia y antimateria en el universo? Para responder a esta pregunta, un enfoque importante es crear nueva antimateria en el laboratorio y estudiar sus propiedades", dijo el profesor QIU Hao del IMP.
En el mundo actual, dominado por la materia, la antimateria es extremadamente rara porque se aniquila fácilmente con la materia circundante. Los núcleos de antimateria y los hipernúcleos de antimateria (núcleos que contienen hiperones como Lambda) formados mediante la combinación de varios antibariones son aún más difíciles de producir. Desde que la ecuación de Dirac indicó la existencia de antimateria en 1928, los científicos han descubierto solo seis tipos de (hiper)núcleos de antimateria en casi un siglo.
El antihiperhidrógeno-4 recién descubierto se produjo en el Colisionador de Iones Pesados Relativistas (RHIC) en los Estados Unidos. El RHIC puede acelerar haces de iones pesados a casi la velocidad de la luz y hacerlos colisionar. Estas colisiones simulan las condiciones del universo primitivo en el laboratorio, produciendo bolas de fuego con temperaturas de varios billones de grados, que contienen cantidades aproximadamente iguales de materia y antimateria. A medida que la bola de fuego se expande y se enfría rápidamente, parte de la antimateria escapa a la aniquilación con la materia y es detectada por el detector STAR.
El antihiperhidrógeno-4 está compuesto por un antiprotón, dos antineutrones y un hiperón anti-Lambda. Debido a la presencia del hiperón anti-Lambda inestable, el antihiperhidrógeno-4 se desintegra tras viajar apenas unos centímetros.
"Tras analizar datos experimentales de aproximadamente 6.600 millones de colisiones de iones pesados, reconstruimos el antihiperhidrógeno-4 a partir de sus productos de desintegración, el antihelio-4 y el mesón p+, e identificamos una señal de aproximadamente 16 antihiperhidrógeno-4", afirmó WU Junlin, estudiante de doctorado en el IMP.
Los investigadores también midieron la vida útil del antihiperhidrógeno-4 y no encontraron diferencias significativas en comparación con la de su partícula correspondiente, el hiperhidrógeno-4, dentro de los límites de precisión de la medición, lo que verifica aún más la simetría entre las propiedades de la materia y la antimateria.
El descubrimiento y el estudio del antihiperhidrógeno-4 marcan un avance significativo en la exploración de la antimateria y la comprensión de la simetría materia-antimateria, concluyen los autores.
