Il LHC di Ginevra produce la più pesante particella di Antimateria mai rilevata

L’esperimento più grande al mondo finalmente ha rilevato le tracce della più grande antiparticella mai rilevata di antimateria: anti-iperelio.

Ciò significa che il Large Hadron Collider (LHC), il più potente acceleratore di particelle mai costruito, ha dato agli scienziati uno sguardo alle condizioni che esistevano quando l’universo aveva meno di un secondo.

La particella di antimateria rilevata  è il partner di una massiccia particella di materia chiamata iperelio-4 e la sua scoperta potrebbe aiutare gli scienziati ad affrontare il mistero del perché la materia regolare sia arrivata a dominare l’universo, nonostante il fatto che materia e antimateria siano state create in quantità uguali all’alba dei tempi.

Questo squilibrio è noto come “asimmetria materia-antimateria”. Le particelle di materia e antimateria si annichiliscono al contatto, rilasciando la loro energia nel cosmo. Ciò implica che se non si fosse creato uno squilibrio tra i due elementi all’inizio dell’universo, il cosmo sarebbe stato un luogo molto più vuoto e meno interessante.

L’Iperelio è un atomo in cui una particella del nucleo, protone o neutrone, è sostituita da un barione, cioè da una particella pesante esotica.  In questo caso l’anti-atomo scoperto dovrebbe essere definito Anti-Iperione 4, in cui le particelle nel nuclea hanno carica negativa.

L’LHC non è nuovo a scoperte che cambiano i paradigmi dell’universo primordiale. Lungo un anello di 27 chilometri sotto le Alpi, vicino a Ginevra, in Svizzera, l’LHC è famoso soprattutto per la scoperta del Bosone di Higgs, il “messaggero” del Campo di Higgs, responsabile della massa delle altre particelle all’alba dei tempi.

Le collisioni che avvengono all’LHC generano uno stato di materia chiamato “plasma quark-gluon”. Questo denso mare di plasma è uguale al “brodo primordiale” di materia che ha riempito l’universo circa un milionesimo di secondo dopo il Big Bang.

Gli “ipernuclei” esotici e le loro controparti di antimateria emergono da questo plasma di quark-gluoni, permettendo agli scienziati di dare un’occhiata alle condizioni dell’universo primordiale.

ALICE attraverso lo specchio

Gli ipernuclei contengono protoni e neutroni come i normali nuclei atomici e anche particelle instabili chiamate “iperoni”. Come i protoni e i neutroni, gli iperoni sono composti da particelle fondamentali chiamate“quark”. Mentre i protoni e i neutroni contengono due tipi di quark, noti come quark alto e basso, gli iperoni contengono uno o più cosiddetti “quark strani”.

Gli ipernuclei sono stati scoperti per la prima volta nei raggi cosmici, docce di particelle cariche che piovono sulla Terra dallo spazio profondo circa sette decenni fa. Tuttavia, si trovano raramente in natura e sono difficili da creare e studiare in laboratorio. Questo li ha resi in qualche modo misteriosi.

L’analizzatore ALICE collegato al LHCLa 

La scoperta della prima prova dell’ipernucleo, che è una controparte di antimateria dell’iperelio-4, è stata fatta al rivelatore ALICE di LHC.

Mentre la maggior parte dei nove esperimenti dell’LHC, ciascuno con il proprio rivelatore, generano i loro risultati facendo collidere i protoni a una velocità prossima a quella della luce, la collaborazione ALICE crea il plasma quark-gluon facendo collidere particelle molto più pesanti, di solito nuclei di piombo, o “ioni”.

La collisione di ioni di ferro (provate a dirlo dieci volte più velocemente) è ideale per generare quantità significative di ipernuclei. Tuttavia, fino a poco tempo fa, gli scienziati che conducevano collisioni di ioni pesanti erano riusciti a osservare solo l’ipernucleo più leggero, l’ipertritone, e il suo partner di antimateria, l’antipertritone.

Questo fino a quando, nel 2024, gli scienziati hanno utilizzato il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) di New York per rilevare l’anti-iperidrogeno-4, composto da un antiprotone, due antineutroni e una particella contenente quark chiamata “antilambda”.

Ora, ALICE ha fatto seguito alla rilevazione di una particella anti-ipernucleare più pesante, l’anti-iperelio-4, composto da due antiprotoni, un antineutrone e un antilambda.

Illustrazione dell’antimateria che entrta nell’analizzatore ALICE

I dati che hanno permesso la rilevazione dell’anti-Ipereleio 4 e Iperelio 4 sono relativi ad un esperimento condotto con ioni di piombo relativo al 2018. Solo ora però i modelli sviluppati da ALICE hanno permesso di rilevarne il decadimento e quindi  di poter valutare quello che aveva ottenuto LHC: una nuova superparticella pesante.

Ormai molte scoperte sono effettuate analizzando dati già ottenuti da esperimenti precedenti, piuttosto che da nuovi esperimenti.