A colaboração internacional ALICE no Large Hadron Collider (LHC) acaba de divulgar as medições mais precisas até hoje de duas propriedades de um hipernúcleo que podem existir nos núcleos de estrelas de nêutrons.
Núcleos atômicos e suas contrapartes de antimatéria, conhecidos como antinúcleos, são frequentemente produzidos no LHC em colisões de alta energia entre íons pesados ​​ou prótons. Em uma base menos frequente, mas ainda regular, também são formados núcleos instáveis ​​chamados hipernúcleos. Em contraste com os núcleos normais, que compreendem apenas prótons e nêutrons (isto é, nucleons), os hipernúcleos também são compostos de hiperons – partículas instáveis ​​contendo quarks do tipo estranho.

Quase 70 anos desde que foram observados pela primeira vez em raios cósmicos, os hipernúcleos continuam a fascinar os físicos porque raramente são produzidos no mundo natural e, embora sejam tradicionalmente feitos e estudados em experimentos de física nuclear de baixa energia, é extremamente desafiador medir seus propriedades.

No LHC, hipernúcleos são criados em quantidades significativas em colisões de íons pesados, mas o único hipernúcleo observado no colisor até agora é o hipernúcleo mais leve, o hipertriton, que é composto de um próton, um nêutron e um Lambda – um hipern que contém um quark estranho.

Em seu novo estudo, a equipe do ALICE examinou uma amostra de cerca de mil hipertritons produzidos em colisões de chumbo-chumbo que ocorreram no LHC durante sua segunda execução. Uma vez formados nessas colisões, os hipertritões voam por alguns centímetros dentro do experimento ALICE antes de decair em duas partículas, um núcleo de hélio-3 e um píon carregado, que os detectores ALICE podem capturar e identificar. A equipe ALICE investigou essas partículas filhas e os rastros que elas deixam nos detectores.

Ao analisar esta amostra de hipertritons, uma das maiores disponíveis para esses núcleos "estranhos", os pesquisadores do ALICE conseguiram obter as medidas mais precisas até agora de duas das propriedades do hipertriton:seu tempo de vida (quanto tempo leva para decair) e o energia necessária para separar seu hiperon, o Lambda, dos demais constituintes.

Essas duas propriedades são fundamentais para entender a estrutura interna desse hipernúcleo e, consequentemente, a natureza da força forte que une núcleons e hipérons. O estudo dessa força não é apenas interessante por si só, mas também pode oferecer informações valiosas sobre as interações de partículas que podem ocorrer nos núcleos internos das estrelas de nêutrons. Prevê-se que esses núcleos, que são muito densos, favorecem a criação de hiperons sobre a matéria puramente nucleônica.

As novas medições do ALICE indicam que a interação entre o hyperon do hypertriton e seus dois nucleons é extremamente fraca:a energia de separação Lambda é de apenas algumas dezenas de kiloelectronvolts, semelhante à energia dos raios X usados ​​em imagens médicas, e o tempo de vida do hypertriton é compatível com o Lambda gratuito.

Além disso, como matéria e antimatéria são produzidas em quantidades quase iguais no LHC, a colaboração ALICE também foi capaz de estudar anti-hipertritons e determinar seu tempo de vida. A equipe descobriu que, dentro da incerteza experimental das medições, o anti-hipertritão e o hipertritão têm o mesmo tempo de vida. Encontrar até mesmo uma pequena diferença entre as duas vidas poderia sinalizar a quebra de uma simetria fundamental da natureza, a simetria CPT.

Com os dados da terceira corrida do LHC, que começou a sério em julho deste ano, o ALICE não apenas investigará mais as propriedades do hipetriton, mas também estenderá seus estudos para incluir hipernúcleos mais pesados. + Explorar mais

Núcleo leve previsto para ser estável apesar de ter dois quarks estranhos