Experimentul ALICE din cadrul celui mai mare accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, a făcut o măsurare precisă a diferenței dintre rapoartele de masă și sarcină electrică ale nucleelor ușoare și antinucleelor. Rezultatul confirmă o simetrie fundamentală a naturii cu o precizie fără precedent în cazul nucleelor uşoare. Măsurătorile se bazează pe abilitățile experimentului ALICE de a urmări și de a identifica particulele produse în ciocniri ale ionilor grei la energiile ultrarelativiste de la LHC.
Colaborarea ALICE a măsurat diferența dintre raportul masă și sarcina electrică pentru deutroni (un sistem legat format dintr-un proton si un neutron) și antideuteroni, precum și pentru nuclee de heliu-3 (un sistem legat format din doi protoni si un neutron) și nuclee antiheliu-3. Măsurătorile realizate la CERN, cele mai recente având loc în cadrul experimentului BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), au comparat deja cu înaltă precizie aceleași proprietăți ale protonilor și antiprotonilor. Studiul realizat în cadrul ALICE duce această cercetare mai departe deoarece dovedeşte posibilitatea existenţei unor diferențe subtile între modul în care protonii și neutronii se leagă împreună în nuclee, comparat cu modul în care antiparticuleleformează antinuclee.
„Măsurătorile realizate de experimentele ALICE și BASE au avut loc la cele mai înalte și cele mai mici energii disponibile la CERN, la LHC şi respectiv la Deceleratorul de Antiprotoni”, spune directorul general CERN, Rolf Heuer. „Aceasta este o ilustrare perfectă a diversității din cadrul programului de cercetare al laboratorului.”
Măsurarea realizată de ALICE prin compararea rapoartelor dintre masa şi sarcina electrică la deuteroni/antideuteroni și nuclee heliu-3/antiheliu-3 confirmă simetria fundamentală cunoscută sub numele de CPT (Charge, Parity, and Time Reversal) în aceste nuclee uşoare. Această simetrie a naturii implică faptul că toate legile fizicii sunt aceleașila inversarea simultană a sarcinilor electrice (charge conjugation C), reflexia coordonatelor spațiale (parity transformation P) și inversiatemporală (time inversion T). Noul rezultat, care vine exact la 50 de ani de la descoperirea antideuteronului la CERN și în SUA, îmbunătățește măsurătorile existente cu un factor de 10-100.
Măsurătorile de pierdere de energie în camera cuproiecţie temporalăpermite experimentului ALICE să identifice antinuclee și nuclee produse în ciocniri ale ionilor de plumb de la LHC.
Experimentul ALICE înregistrează ciocniri ale ionilor de plumb la energiile mari de la LHC, ceea ce permite studierea materiei la temperaturi şi densităţi extrem de ridicate. Ciocnirile ionilor de plumb oferă o sursă abundentă de particule și antiparticule, iar nucleele și antinucleele corespunzatoare sunt produse în proportii aproape egale. Acest lucru permite experimentului ALICE să facă o comparație detaliată a proprietăților nucleelor și antinucleelor produse cel mai frecvent. Experimentul face măsurători precise ale curbarii traiectoriilor particulelor în câmpul magnetic al detectorului și ale timpului de zbor al particulelor și utilizează aceste informații pentru a identifica și ulterior determina rapoartele masă-sarcină electrică pentru nuclee și antinuclee.
„Precizia ridicată a detectorului nostru pentru masurarea timpului de zbor, capabil să determine timpul de sosire al particulelor şi antiparticulelor cu o rezoluție de 80 de picosecunde, asociată cu măsurarea pierderii de energie furnizată de camera cu proiecţie temporală, ne permite să măsuram cu mare precizie deuteroni/antideuteroni și nuclee de heliu-3/antiheliu-3 într-un domeniu larg de impuls”, spune purtătorul de cuvânt al ALICE, Paolo Giubellino.
Diferențele măsurate în rapoartele masă-sarcină electrică sunt compatibile cu zero, în limita erorilor statistice determinate, în acord cu așteptările simetriei CPT. Aceste măsurători, precum și cele care compară protonii cu antiprotonii, pot ajuta la formularea unor teorii care merg dincolo de Modelul Standard al particulelor existente și forțele prin care acestea interacționează.
Un scurt material video despre acest subiect este disponibil aici
.
