LHCb revela el secreto de la creación de antimateria en colisiones cósmicas


En la conferencia Quark Matter de hoy y en la reciente conferencia Rencontres de Moriond, la colaboración LHCb presentó un análisis de colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que puede ayudar a determinar si alguna antimateria vista por experimentos en el espacio se origina en la oscuridad. materia que mantiene unidas galaxias como la Vía Láctea.

Los experimentos basados ​​en el espacio, como el espectrómetro magnético alfa (AMS), que se ensambló en el CERN y está instalado en la Estación Espacial Internacional, han detectado la fracción de antiprotones, las contrapartes de antimateria de los protones, en partículas de alta energía llamadas rayos cósmicos. Estos antiprotones podrían crearse cuando las partículas de materia oscura chocan entre sí, pero también podrían formarse en otros casos, como cuando los protones chocan con núcleos atómicos en el medio interestelar, que se compone principalmente de hidrógeno y helio.
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Para averiguar si alguno de estos antiprotones se origina o no a partir de la materia oscura, los físicos deben estimar con qué frecuencia se producen antiprotones en colisiones entre protones e hidrógeno, así como entre protones y helio. Si bien se han realizado algunas mediciones del primero, y LHCb informó en 2017 la primera medición del segundo, esa medición LHCb involucró solo una producción rápida de antiprotones, es decir, antiprotones producidos justo en el lugar donde tuvieron lugar las colisiones.

En su nuevo estudio, el equipo del LHCb también buscó antiprotones producidos a cierta distancia del punto de colisión, a través de la transformación o «desintegración» de partículas llamadas antihiperones en antiprotones. Para realizar esta nueva medición y la anterior, los investigadores del LHCb, que suelen utilizar datos de colisiones protón-protón para sus investigaciones, utilizaron en su lugar datos de colisiones protón-helio obtenidos al inyectar gas helio en el punto en el que se producirían los dos haces de protones del LHC. normalmente chocan.

Al analizar una muestra de unos 34 millones de colisiones protón-helio y medir la relación entre la tasa de producción de antiprotones a partir de desintegraciones de antihiperón y la de antiprotones inmediatos, los investigadores del LHCb descubrieron que, en la escala de energía de colisión de su medición, los antiprotones producidos a través de Las desintegraciones de antihiperón contribuyen mucho más a la tasa total de producción de antiprotones que la cantidad predicha por la mayoría de los modelos de producción de antiprotones en colisiones protón-núcleo.

Un evento de colisión protón-protón registrado por el detector LHCb, que muestra la trayectoria seguida por un antiprotón formado en la colisión. Crédito: CERN

«Este resultado complementa nuestra medición anterior de la pronta producción de antiprotones y mejorará las predicciones de los modelos», dice Chris Parkes, portavoz de LHCb. «Esta mejora puede, a su vez, ayudar a los experimentos espaciales a encontrar evidencia de materia oscura».

«Nuestra técnica de inyección de gas en el punto de colisión del LHCb se concibió originalmente para medir el tamaño de los haces de protones», dice el coordinador de física del LHCb, Niels Tuning. «Es realmente agradable ver nuevamente que también mejora nuestro conocimiento de la frecuencia con la que se debe crear antimateria en colisiones cósmicas entre protones y núcleos atómicos».

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