Ilustración de la creación de antihiperhelio-4 durante una colisión entre dos núcleos de plomo.
Crédito: Janik Ditzel para la colaboración ALICE
Este núcleo atómico, el antihiperhelio-4, es la antimateria del hiperhelio-4. Su detección por el detector ALICE del LHC podría ayudar a resolver uno de los mayores enigmas de la física: ¿por qué el Universo está dominado por la materia si materia y antimateria se crearon en cantidades iguales en el momento del Big Bang?
El LHC, situado cerca de Ginebra, es famoso por haber descubierto el bosón de Higgs, una partícula clave para comprender la masa de otras partículas. Las colisiones en el LHC recrean un estado de la materia llamado plasma de quarks y gluones, similar al que existía justo después del Big Bang. Es en este plasma donde se forman los hipernúcleos y sus antimaterias.
Los hipernúcleos, que contienen protones, neutrones e hiperones, son estructuras raras y complejas. Los hiperones, a diferencia de los protones y neutrones, contienen quarks llamados 'extraños'. Estos objetos, aunque se descubrieron hace décadas en los rayos cósmicos, siguen siendo difíciles de estudiar en laboratorio.
La colaboración ALICE detectó el antihiperhelio-4 al analizar los datos de colisiones de núcleos de plomo de 2018. Esta detección fue posible gracias a una técnica de aprendizaje automático que supera los métodos de búsqueda tradicionales. Los científicos también midieron su masa, confirmando las predicciones de las teorías actuales.
El estudio de la antimateria podría arrojar luz sobre el misterio de la asimetría materia-antimateria. Los resultados muestran que materia y antimateria se producen en cantidades iguales en el plasma de quarks y gluones, reforzando el enigma de la predominancia de la materia en el Universo.
¿Qué es el plasma de quarks y gluones?
El plasma de quarks y gluones es un estado de la materia que existía justo después del Big Bang. En este estado, los quarks y los gluones, los constituyentes fundamentales de los protones y neutrones, no están confinados en partículas, sino que forman una 'sopa' densa y caliente.
Este estado se recrea en colisionadores como el LHC al hacer chocar núcleos atómicos a energías extremadamente altas. Estas colisiones permiten a los científicos estudiar las propiedades de la materia en condiciones similares a las de los primeros instantes del Universo.
Ilustración de partículas de antimateria entrando en el detector ALICE del LHC.
Crédito: ORIGINS Cluster/S. Kwauka
El plasma de quarks y gluones es crucial para comprender cómo los quarks y los gluones se combinaron para formar protones y neutrones, los bloques básicos de la materia visible en el Universo actual.
¿Por qué la antimateria es tan escasa?
La antimateria es lo opuesto a la materia, con partículas que tienen cargas eléctricas opuestas. Por ejemplo, el antiprotón tiene una carga negativa, a diferencia del protón, que es positivo.
Según las teorías actuales, materia y antimateria se produjeron en cantidades iguales durante el Big Bang. Sin embargo, una mínima asimetría llevó a la predominancia de la materia. Las razones exactas de esta asimetría siguen siendo uno de los mayores misterios de la física.
El estudio de la antimateria, como el antihiperhelio-4, podría proporcionar pistas sobre esta asimetría. Al comprender cómo y por qué desapareció la antimateria, los científicos esperan desvelar los secretos de los primeros instantes del Universo.