L’expérience scientifique la plus massive au monde a récidivé, détectant des indices de la particule d’antimatière la plus lourde jamais trouvée.
Cela signifie que le Grand collisionneur de hadrons (LHC), l’accélérateur de particules le plus puissant jamais construit, a donné aux scientifiques un aperçu des conditions qui existaient lorsque l’univers avait moins d’une seconde. La particule d’antimatière est le partenaire d’une particule de matière massive appelée hyperhélium-4, et sa découverte pourrait aider les scientifiques à résoudre le mystère de la raison pour laquelle la matière ordinaire en est venue à dominer l’univers, malgré le fait que la matière et l’antimatière ont été créées en quantités égales à l’aube. du temps.
Ce déséquilibre est connu sous le nom d’« asymétrie matière-antimatière ». Les particules de matière et d’antimatière s’annihilent au contact, libérant leur énergie dans le cosmos. Cela implique que si un déséquilibre entre les deux ne s’était pas produit au début de l’univers, alors le cosmos aurait pu être un endroit beaucoup plus vide et moins intéressant.
Le LHC n’est pas étranger aux découvertes révolutionnaires sur l’univers primitif. S’étendant sur une boucle de 27 kilomètres de long sous les Alpes près de Genève, en Suisse, le LHC est surtout célèbre pour sa découverte de la particule du boson de Higgs, le « messager » du champ de Higgs responsable de donner leur masse aux autres particules. à l’aube des temps.
Les collisions qui se produisent au LHC génèrent un état de la matière appelé « plasma quark-gluon ». Cette mer dense de plasma est identique à la « soupe primordiale » de matière qui a rempli l’univers environ un millionième de seconde après le Big Bang.
Des « hypernoyaux » exotiques et leurs homologues d’antimatière émergent de ce plasma quark-gluon, permettant aux scientifiques d’avoir un aperçu des conditions de l’univers primitif.
ALICE à travers le miroir
Les hypernoyaux contiennent des protons et des neutrons comme les noyaux atomiques ordinaires, ainsi que des particules instables appelées « hyperons ». Comme les protons et les neutrons, les hypérons sont composés de particules fondamentales appelées « quarks ». Alors que les protons et les neutrons contiennent deux types de quarks appelés quarks up et down, les hypérons contiennent un ou plusieurs quarks dits « étranges ».
Les hypernoyaux ont été découverts pour la première fois dans les rayons cosmiques, des pluies de particules chargées qui pleuvent sur Terre depuis l’espace profond il y a environ sept décennies. Cependant, ils sont rarement trouvés dans la nature et sont difficiles à créer et à étudier en laboratoire. Cela les a rendus quelque peu mystérieux.
La découverte de la première preuve de l’existence d’hypernoyaux qui sont une contrepartie antimatière de l’hyperhélium-4 a été réalisée au détecteur ALICE du LHC.
Alors que la plupart des neuf expériences du LHC, chacune dotée de son propre détecteur, génèrent leurs résultats en assemblant des protons à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, la collaboration ALICE crée un plasma quark-gluon en assemblant des particules beaucoup plus lourdes, généralement des noyaux de plomb, ou « ions ».
La collision d’ions fer (essayez de dire cela dix fois plus vite) est idéale pour générer des quantités importantes d’hypernoyaux. Pourtant, jusqu’à récemment, les scientifiques effectuant des collisions d’ions lourds n’avaient réussi à observer que l’hypernoyau le plus léger, l’hypertriton, et son partenaire antimatière, l’antihypertriton.
C’était jusqu’au début de l’année 2024, lorsque les scientifiques ont utilisé le collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) à New York pour détecter l’antihyperhydrogène-4, composé d’un antiproton, de deux antineutrons et d’une particule contenant un quark appelée « antilambda ».
ALICE a suivi avec la détection d’une particule anti-hypernoyau plus lourde, l’antihyperhélium-4, composée de deux antiprotons, d’un antineutron et d’un antilambda.
La collision plomb-plomb et les données ALICE qui ont permis la détection de l’hypernoyau d’antimatière le plus lourd jamais réalisé au LHC remontent en réalité à 2018.
La signature de l’antihyperhélium-4 a été révélée par sa désintégration en d’autres particules et la détection de ces particules.
Les scientifiques d’ALICE ont identifié la signature de l’antihyperhélium-4 à partir des données en utilisant une technique d’apprentissage automatique qui peut surpasser les techniques de recherche habituelles de la collaboration.
En plus de détecter des traces d’antihyperhélium-4 et d’antihyperhydrogène-4, l’équipe ALICE a également pu déterminer leurs masses, qui étaient en bon accord avec les théories actuelles de la physique des particules.
Les scientifiques ont également pu déterminer les quantités de ces particules produites lors de collisions plomb-plomb.
Ils ont trouvé ces chiffres cohérents avec les données d’ALICE, qui indiquent que l’antimatière et la matière sont produites en quantités égales à partir du plasma quark-gluon produit aux niveaux d’énergie que le LHC est capable d’atteindre.
La raison du déséquilibre matière/antimatière de l’univers reste inconnue, mais l’antihyperhélium-4 et l’antihyperhydrogène-4 pourraient fournir des indices importants sur ce mystère.
