Onderzoekers van de LHC-deeltjesversneller hebben bewijs gevonden voor een ongekend zware en exotische vorm van antimaterie. Die ontdekten ze in de nasleep van een botsing tussen extreem snelle looddeeltjes.
Er is weer eens een antimaterierecord gebroken. In de botsing van zeer energierijke, geladen looddeeltjes hebben onderzoekers bewijs gevonden voor de zwaarste antimaterieversie van een atoomkern die ooit is waargenomen.
In 2024 rapporteerden onderzoekers van de STAR Collaboration bij de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) van Brookhaven National Laboratory in New York over het kortstondig creëren van een toen ongekend zware antimateriekern, genaamd antihyperwaterstof-4.
Deze poepmachine ontrafelt mysteries van de menselijke spijsvertering
Jurriaan Mes brengt met zijn zeven meter lange poepmachine het onderzoek naar de invloed van voeding op onze gezondheid in een stroomversnelling.
Nu hebben deeltjesfysicus Benjamin Dönigus van de Goethe-universiteit Frankfurt in Duitsland en zijn collega’s van de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN in Genève de lat nog hoger gelegd. Ze hebben een nog zwaardere antimateriekern gemaakt: antihyperhelium-4.
Recordbrekende antimaterie
Antimaterie is de tegenhanger van ‘gewone’ materie. Van elk elementair materiedeeltjestype bestaat een antimaterieversie die in veel opzichten erop lijkt, maar het spiegelbeeld is. Zo is het anti-elektron (of positron) net zo zwaar als het elektron maar heeft het een positieve lading in plaats van een negatieve.
In het verleden was de Amerikaanse STAR-detector altijd sneller in het vinden van recordbrekende antimateriedeeltjes. ‘Elke keer als ze [het LHC-team] ergens naar op zoek gingen, waren de onderzoekers van STAR ze voor’, zegt natuurkundige Horst Stöcker van het Frankfurt Institute for Advanced Studies in Duitsland. ‘Dit is de eerste keer dat het STAR-team iets nog niet heeft gezien, maar LHC-onderzoekers wel.’
‘Alle antimaterieontdekkingen zijn iets heel interessants. Dit is er een die nog ontbrak’, zegt Dönigus. Zijn onderzoeksgroep gebruikte kunstmatige intelligentie (machine learning) om gegevens te analyseren van een experiment uit 2018 met de ALICE-detector bij de LHC om het antihyperhelium-4 te identificeren met een significantie van 3,5 standaarddeviaties. Het onderzoek haalt niet de ‘gouden standaard’ van 5 standaarddeviaties. Maar het geeft wel aan dat het zeer waarschijnlijk is dat de ontdekking echt is en geen gril van de gegevens is.
Antimateriehypernuclei
Antihyperhelium-4 bestaat uit een mix van antimaterieversies van protonen, neutronen en deeltjes die hyperonen worden genoemd. Hyperonen zijn op zichzelf al exotisch, omdat ze een of meer quarks van het ‘vreemde’ type bevatten. Deze ‘vreemdheid’ is moeilijk te vinden en moeilijk te maken. Daarom begrijpen onderzoekers nog steeds niet helemaal hoe hyperonen zich gedragen in de natuur, waar ze vermoedelijk voorkomen in exotische omgevingen zoals het binnenste van neutronensterren, zegt Dönigus. Bovendien blijven er vragen bestaan over hoe antimaterieversies van deze en andere deeltjes op elkaar reageren.
‘Er zijn slechts twee antimateriehypernuclei ontdekt en beide in de afgelopen vijftien jaar’, zegt deeltjesfysicus Zhangbu Xu van de Kent State-universiteit in Ohio. ‘ALICE levert nu het bewijs voor de derde.’
Een andere reden dat antihyperhelium-4 interessant is, zo zegt Stöcker, is dat de omstandigheden in de deeltjesversneller bij het ontstaan ervan de toestand nabootsen waarin het heelal verkeerde toen het slechts een miljoenste van een seconde oud was. Het heelal bestond op dat moment uit een ‘hete soep’ van deeltjes. Het identificeren van de materie- en antimateriedeeltjes die hieruit voortkomen, kan helpen begrijpen hoe we in een heelal terecht zijn gekomen waarin de hoeveelheid materie, inclusief de materie waaruit wijzelf bestaan, de schaarse hoeveelheid antimateriedeeltjes overschaduwt.
Het team wil in de toekomst nog zwaardere antimateriedeeltjes vinden, evenals antimaterieversies van exotische deeltjes die onlangs bij andere botsingen zijn ontdekt, aldus Dönigus.
