Правильное распределение длин распадов измеренных гипертритона и антигипертритона в эксперименте ALICE. Экспоненциальная аппроксимация этого спектра дает измеренное среднее время жизни гипертритона.
Фото: Сотрудничество ALICE/ЦЕРН.

«Как первое и самое легкое гиперядро (то есть ядро, которое включает в себя барион по крайней мере с одним странным кварком), когда-либо идентифицированное, гипертритон занимает особое место в ядерной физике », — рассказал Phys.org Максимилиано Пуччио, участник коллаборации ALICE.

«Хотя его первоначальное открытие было сделано в стопке очищенной эмульсии, подвергнутой воздействию космических лучей, традиционные гиперядерные эксперименты с использованием каонных пучков оказались сложными для изучения гипертритонов. Однако исследования последних 20 лет, особенно с участием наших коллег из Коллайдер RHIC показал, что эти редкие связанные состояния создаются во время столкновений тяжелых ионов».

Хотя недавние работы коллаборации ALICE и другие крупные исследовательские усилия по всему миру позволили добиться значительных успехов в понимании гипертритонов, многие из их свойств еще предстоит выяснить. В частности, многие измерения, собранные за последние несколько лет, имеют значительную погрешность и, таким образом, не дают достоверной картины их свойств.

«Учитывая, что время жизни гипертритона и энергия разделения Λ играют ключевую роль в уточнении моделей взаимодействия Λ-нуклонов, мы хотели провести новые измерения на БАК, поскольку понимание этих Λ-нуклонных взаимодействий имеет решающее значение для понимания свойств нейтронных звезд. - объяснил Пуччо. «Для этого мы использовали крупнейшую в мире фабрику антиматерии и гиперматерии: БАК».

БАК в настоящее время является крупнейшим и самым мощным ускорителем частиц в мире, его длина составляет более 27 км, он расположен в подземном комплексе ЦЕРН под Францией и Швейцарией. Примерно в течение одного месяца в каждом году, когда он собирает данные, большой ускоритель частиц сталкивается с ядрами свинца (Pb), и одно из каждых нескольких миллионов этих столкновений приводит к образованию гипертритона или антигипертритона.

Исторический сборник размеренной жизни. Вертикальные линии представляют разные теоретические модели с разными предположениями о взаимодействии Λ-нуклонов. Можно увидеть, как новое измерение позволяет различать некоторые из них, предоставляя ценный инструмент для улучшения нашего понимания взаимодействий внутри гипертритона.
Фото: Сотрудничество ALICE/ЦЕРН.

«В течение последнего года сбора данных второго запуска LHC (2018) мы собрали образец данных, содержащий примерно 500 антигипертритонов и 500 гипертритонов, распадающихся на (анти) 3 He и заряженный пион», — сказал Пуччо.

«В большой стопке тысяч частиц, образующихся в результате столкновений Pb-Pb, с помощью детектора ALICE мы смогли четко идентифицировать (анти) 3 He, наблюдая за удельной ионизацией в камере временной проекции ALICE. Затем мы свяжите все пионные треки с (анти) 3He -треком, реконструируя потенциальную вершину распада».

В конечном итоге коллаборация ALICE проанализировала данные, собранные БАКом в 2018 году, используя самые современные вычислительные методы двоичной классификации, а именно модели улучшенного дерева решений. Эти модели позволили им обнаружить кандидатов в гипертритон среди сигналов и фонового шума, записанных в ускорителе.

«Этот последний шаг и обширная выборка данных, полученная в 2018 году, позволили получить наиболее точные измерения времени жизни гипертритона и энергии разделения гипертритона Λ», — сказал Пуччо. «Кроме того, мы могли бы измерить эти величины для материи и антиматерии отдельно и сравнить их. Как и ожидалось, исходя из CPT-инвариантности Стандартной модели физики элементарных частиц, свойства гипертритонов и антигипертритонов одинаковы».

Недавняя работа коллаборации ALICE может иметь ценное значение для изучения и понимания гипертритонов. В частности, команде удалось получить единственное измерение времени жизни гипертритона, которое так же точно, как и среднее мировое значение всех предыдущих измерений .

«Благодаря нашему новому измерению энергии разделения лямбда-гипертритона нам удалось обеспечить измерение с погрешностью лучше 100 кэВ, используя эксперимент, предназначенный для анализа наиболее энергичных столкновений частиц в мире, происходящих сейчас при энергии 13,6 ТэВ в pp-столкновениях», - сказал Пуччио.

Однако достижение такой точности не является стильным упражнением: естественные статистические флуктуации предыдущего измерения приводят к созданию «загадки гипертритона в гиперядерной физике». Различные измерения в разных экспериментах предполагали два разных сценария структуры гипертритона: либо очень слабосвязанные, либо более прочно связанные. Наши измерения согласуются со слабосвязанным гипертритоном и могут быть использованы для ограничения моделей гиперон-нуклонного взаимодействия».

Недавние измерения, собранные Пуччио и остальными участниками сотрудничества ALICE, похоже, соответствуют теоретическим предсказаниям, основанным на эффективных теориях поля, которые предполагают, что структура гипертритона представляет собой структуру слабосвязанной системы. Исследовательская группа планирует продолжить анализ данных, собранных на БАКе, в надежде исследовать свойства гипертритонов со все более высокой точностью.

«Запуск LHC 3 только начался, но мы уже наблюдаем первые сигналы образования гиперядер в результате протон-протонных столкновений», — добавил Пуччо.

«Изучение образования этих объектов в «простых» столкновениях, таких как pp- столкновение, является новым дополнительным инструментом для понимания их структуры. Недавние статьи предполагают, что мы можем определить ширину и, возможно, форму волновой функции гипертритона и любых других гиперядер. мы можем измерить pp-столкновения. Это захватывающая перспектива, поскольку она открывает новый способ изучения структуры и внутреннего механизма взаимодействий, ограничивающих гиперядра».