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对可能发生在中子星核心的粒子相互作用的新见解

大型强子对撞机(LHC)的国际ALICE合作刚刚发布了迄今为止对可能存在于中子星核心中的超核的两个特性的最精确测量结果。在大型强子对撞机中,重离子或质子之间的高能碰撞经常会产生原子核及其反物质对应物,称为反核。在不太频繁但仍然有规律的基础上,还会形成称为超核的不稳定核。与仅包含质子和中子(即核子)的正常原子核不同,超原子核也由超子组成——超子是含有奇异夸克的不稳定粒子。

自从它们在宇宙射线中首次被观察到近70年以来,超核继续让物理学家着迷,因为它们很少在自然界中产生,而且尽管它们传统上是在低能核物理实验中制造和研究的,但测量它们却极具挑战性。特性。

在大型强子对撞机中,重离子碰撞会产生大量超核,但迄今为止在对撞机上观察到的唯一超核是最轻的超核,即超氚核,它由一个质子、一个中子和一个Lambda组成——一个超子包含一个奇怪的夸克。

在他们的新研究中,ALICE团队检查了LHC在第二次运行期间发生的铅-铅碰撞中产生的大约一千个超氚核样本。一旦在这些碰撞中形成,超氚核在ALICE实验中飞行几厘米,然后衰变为两个粒子,一个氦3核和一个带电介子,ALICE探测器可以捕捉和识别它们。ALICE团队研究了这些子粒子以及它们在探测器中留下的轨迹。

通过分析这个超氚核样本,这是这些“奇怪”原子核可用的最大样本之一,ALICE研究人员能够获得迄今为止对超氚核两个特性的最精确测量:它的寿命(衰变需要多长时间)和将其超子Lambda从其余成分中分离出来所需的能量。

这两个特性对于理解这种超核的内部结构以及因此将核子和超子结合在一起的强力的性质至关重要。对这种力的研究不仅本身很有趣,而且还可以为可能发生在中子星内核中的粒子相互作用提供有价值的见解。这些非常密集的核心预计将有利于超子的产生,而不是纯核子物质。

新的ALICE测量表明,超氚子的超子与其两个核子之间的相互作用极其微弱:λ分离能量仅为几十千电子伏特,类​​似于医学成像中使用的X射线的能量,超氚子的寿命为与免费的Lambda兼容。

此外,由于大型强子对撞机产生的物质和反物质数量几乎相等,ALICE合作还能够研究反超氚子并确定它们的寿命。研究小组发现,在测量的实验不确定性范围内,反超氚和超氚具有相同的寿命。即使在两个生命周期之间发现微小的差异,也可能预示着自然界基本对称性CPT对称性的破坏。

借助今年7月正式开始的大型强子对撞机第三次运行的数据,ALICE不仅将进一步研究超核子的特性,还将扩大其研究范围,将更重的超核包括在内。

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