Физики уточнили вклад антигиперонов в рождение антипротонов в протон-гелиевых столкновениях

Физики из коллаборации LHCb сообщили о детальном исследовании процессов рождения антипротонов в протон-гелиевых столкновениях. Они выяснили, что доля этих античастиц, рождаемых через распад антигиперона, на самом деле больше, чем предсказывают все существующие модели. Новые данные помогут точнее исследовать космические лучи, несущие в себе информацию о темной материи. Об исследовании сообщает пресс-релиз коллаборации, детали эксперимента можно найти в презентации доклада, сделанного физиками 7 апреля на конференции «Quark Matter» в Кракове.

Космические лучи, прилетающие на Землю, стали ценным источником информации о фундаментальных процессах, протекающих в космическом пространстве. В основном эти лучи состоят из высокоэнергетических протонов, электронов, фотонов и других элементарных частиц, а также из ядер атомов. Отдельный интерес представляет наличие в космическом излучении частиц антиматерии. Для их более надежной регистрации на МКС был отправлен собранный в ЦЕРН детектор AMS. Мы уже рассказывали, как данные, собранные этим детектором, помогают разбираться с рождением космических позитронов.

Кроме позитронов физиков также интересуют космические антипротоны. Современные космологические модели, описывающие темную материю, предполагают, что она может быть ответственна за рождение этих античастиц. С другой стороны, ученые знают, что антипротоны могут рождаться и в столкновении быстрых протонов с обычными атомами, в первую очередь водородом и гелием, из которых состоит межзвездное вещество. Детальное понимание этих процессов, полученное в земных ускорительных экспериментах, позволит оценить вклад темной материи в космические лучи. И если рождение антипротонов в первом типе столкновений изучено сравнительно хорошо, то вот исследования с помощью гелия начались на Большом адронном коллайдере сравнительно недавно.

Теперь же физики, работающие с детектором LHCb, сообщили о том, что им удалось детальнее изучить рождение антипротонов в протон-гелиевых столкновениях. Оказалось, один из каналов этого рождения — распад антигиперонов — дает больший вклад, чем предполагалось ранее. Это позволит улучшить предсказательную силу моделей и, в конечном итоге, поможет точнее искать следы темной материи.

Самый вероятный канал появления антипротонов в столкновениях, которые изучают на БАКе — это практически мгновенное рождение протон-антипротонной пары за счет большой кинетической энергии исходных частиц. Альтернативный путь связан с рождением антигиперонов, которые распадаются на антипротоны и мезоны. Поскольку время жизни этих частиц порядка 10^-10 секунд, рождение антипротона происходит несколько дальше области столкновения. По этой детали физики научились их выделять из общего потока данных.

Чтобы исследовать этот процесс на гелии, физики из LHCb впрыскивали газ в область столкновения протонных пучков. Примечательно, что изначально эта технология использовалась исключительно для измерения их яркости, но в этот раз гелий помог получить независимые результаты. В случае столкновения с ядром гелия альтернативный способ включает в себя рождение анти-лямбда-гиперона, который в 70 процентов случаях распадается на антипротон и положительный пи-мезон.

Анализируя результаты 34 миллионов столкновений протонов и ядер гелия, авторы выделили около 50 тысяч кандидатов на рождение антипротонов через антигиперон. Физики строили зависимость отношения доли таких антипротонов к антипротонам, рожденным сразу же после столкновения, от поперечных импульсов античастиц, а также сравнивали эту зависимость с различными моделями. Данные показали, что все рассмотренные модели значительно недооценивают вклад антигиперонов в образование антипротонов. Физики надеются, что эти результаты обеспечат ценный вклад в определение свойств темной материи, регистрируемых с помощью космических античастиц.

Физики из LHCb регулярно радуют нас новыми данными о свойствах элементарных частиц. Совсем недавно мы рассказывали, как они подробно исследовали превращения странного B-мезона в античастицу, подтвердили найденное ранее нарушение лептонной инвариантности и обнаружили дважды открыто очарованный тетракварк.

Марат Хамадеев