在大型強子對撞機中檢測到罕見的“超核”

一種罕見的粒子從大型強子對撞機的質子碰撞中出現。

在2016年至2018年期間，物理學家記錄了100多個罕見的不穩定超核 - 原子核在其核粒子之一中含有不尋常的夸克味道。

這一發現可以幫助我們了解神秘反氦的來源。初步檢測到在宇宙的廣闊之外。

這大型強子對撞機就像它聽起來一樣：一臺巨大的機器，用于在高速碰撞中將粒子粉碎在一起，這樣物理學家就可以仔細研究殘骸，尋找不穩定、壽命短的粒子等我們無法通過任何其他方式探測到的東西。

原子核和反核 - 原子及其反粒子的心臟 - 相當常見，由重子稱為質子和中子。

重子又由一團泡沫組成夸克和反夸克，它們是平均占主導地位只有三種口味;兩個上夸克和一個下夸克用于質子，一個上夸克和兩個下夸克用于中子。

不太常見的是超核，它含有超子除了質子和中子。在這些重子中，出現了奇怪的夸克。

超氚子是這些超核之一;它由質子、中子和Lambda超子組成，其中包含一個奇怪的夸克。

像超氚子這樣的超核引起了人們的強烈興趣，不僅是為了它們本身，而且在天體物理學的背景下也是如此。

科學家認為超子可能中子星內部的形態這折疊的內核曾經巨大的恒星已經變成超新星。這些核心是如此密集，以至于其中的物理學很難探測和理解。

但它們的衰變速度也非常快，所以如果我們想找到超氚子和它們的反粒子，粒子對撞機可能是唯一合理的觀察地點。

為了找到它們，大型強子對撞機美女（LHCb）合作使用了一種新技術，對對撞機先前運行期間收集的數據進行了研究。他們沒有直接檢測到超氚子或反高氚子;相反，他們發現了它衰變的產物。

當不穩定的粒子分崩離析時，它們會轉變為一連串質量較低的粒子。

事情是這樣的。質子在大型強子對撞機中碰撞，導致能量釋放，有機會產生粒子湯。

在這種罕見的情況下，會出現超氚子或反超氚子，其在大約 40 年飛行約 16 厘米（240 英寸）皮秒腐爛前變成反質子和帶正電荷的夸克-反夸克配對，稱為介子.

介子飛出原子核，但反質子仍然被困在里面，將反高氚轉化為反氦。

超氚子的過程也是一樣的，只是超子衰變成質子和帶負電的介子，原子核變成了一個普通的舊氦原子核。

這些介子和氦/反氦原子核是研究人員在大型強子對撞機數據，使用一種新技術來識別氦氣，這是對撞機最初不是為之設計的。通過測量原子核的質量，研究小組能夠將它們的形成追溯到超氚子和反超氚子的衰變：前者約為61個，后者約為46個。

天體物理學的影響是令人興奮的。通過測量反氦是如何在太空中產生和湮滅的，物理學家可以更好地限制有多少反氦可以到達地球。這可以驗證或反駁可能的反氦檢測那是在 2018 年制作的。

這一發現為探測超氚子的性質提供了一種新的方法。但這項研究也有更廣泛的影響。研究人員說，氦識別技術也為物理學家提供了一種新的研究工具。重子中的夸克如何被抱在一起。

調查結果已提出在歐洲物理學會高能物理會議，并將在即將發表的論文中發表。

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