Экзотические атомные ядра, называемые гиперядрами, обнаруженные с помощью детектора STAR, подтвердили симметрию вещества и антивещества. Результат эксперимента также может объяснить, что же происходит внутри нейтронных звезд.
Нейтронные звезды могут иметь странные «сердца»
Getty Images

Экзотическая теория атомного ядра отвечает на два вопроса. Исследование гиперядер одновременно подтверждает симметрию природы и позволяет понять, что скрывается внутри сверхплотных нейтронных звезд. Гиперядро или, как его еще называют, гипертритон является двойником антигипертритона — антиматерной версии ядра. Как пишут исследователи STAR Collaboration, оба они имеют одинаковую массу.

В гиперядре протон или нейтрон были заменены частицей, называемой гипероном. Подобно протонам и нейтронам, гипероны состоят из трех меньших частиц, называемых кварками. В то время как протоны и нейтроны содержат восходящие и нисходящие кварки, гипероны содержат, по крайней мере, один кварк, называемый странным кварком.

Сопоставление масс гипертритонов и антигипертритонов физическую основу — симметрию заряда, четности и обращения времени, или СРТ-симметрию. Чтобы ее визуализировать, представьте себе, что вы берете Вселенную и меняете все ее частицы на противоположные частицы антивещества, делая некое зеркальное отображение. Физики считают, что если так можно было бы сделать в реальности, то Вселенная вела бы себя так же, как и ее не перевернутая версия. Если бы ученые обнаружили, что СРТ-симметрия не выполняется, им пришлось бы пересмотреть все свои теории Вселенной.

До сих пор ученые не нашли никаких намеков на нарушение CPT-симметрии. Проверка же верности теории в ядрах прежде никогда не производилась. «Вполне возможно, что нарушение симметрии скрывалось бы в данном маленьком уголке вселенной и никогда не было бы обнаружено», — говорит физик Деклан Кин из Кентского государственного университета в Огайо. Но равные массы гипертритонов и антигипертритонов, обнаруженные в ходе экспериментов на релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне (штат Нью-Йорк), означают, что СРТ-симметрия действительно существует.

Детектор STARБрукхейвенская национальная лаборатория / FLICKR Детектор STAR

В ходе эксперимента исследователи также определили, сколько энергии требуется для высвобождения гиперона из гиперядра: около 0,4 миллиона электрон-вольт. Предыдущие измерения, которым уже десятки лет, предполагали, что величина, называемая энергией связи, значительно ниже — менее 0,2 миллиона электрон-вольт.

Новый результат может изменить взгляд ученых на нейтронные звезды, эти останки взорвавшихся звезд, плотных и небольших по размеру. Ядра нейтронных звезд настолько плотные, что воссоздать находящееся в них вещество в лабораторных экспериментах невозможно, говорит Морган Фортин из Астрономического центра имени Николая Коперника Польской академии наук в Варшаве. Но что же находится в самом центре нейтронных звезд?

Некоторые ученые считают, что ядра нейтронных звезд могут содержать гипероны —элементарные частицы с минимум одним s-кварком, но без более тяжелых с- и b-кварков, то есть, с ненулевой странностью. Присутствие гиперонов «смягчает» вещество внутри нейтронных звезд, а «более мягкие» нейтронные звезды схлопываются в черные дыры. Поэтому в теории нейтронные звезды не могут быть массивными. Эта особенность затрудняет объяснение того, что в космосе существуют достаточно большие нейтронные звезды, чья масса равняется примерно массе двух Солнц, но при этом их ядро наполнено гиперонами.

Но измеренная энергия связи гиперона (0,4 миллиона электрон-вольт) играет на руку теории о том, что центр нейтронных звезд заполнен гиперонами, а значит и взаимодействия гиперонов с нейтронами и протонами должно быть намного сильнее, что делает нейтронные звезды с гиперонами «более жесткими» и гораздо массивнее, чем описывает их теория, основанная на энергии связи, не превышающей 0,2 миллиона электрон-вольт.

Понравилась статья?
Самые интересные новости из мира науки: свежие открытия, фотографии и невероятные факты у вас на почте.
Спасибо.
Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.