La colaboración internacional ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) acaba de publicar las mediciones más precisas hasta la fecha de dos propiedades de un hipernúcleo que puede existir en los núcleos de las estrellas de neutrones.

Los núcleos atómicos y sus equivalentes de antimateria, conocidos como antinúcleos, se producen con frecuencia en el LHC en colisiones de alta energía entre iones pesados ​​o protones. De manera menos frecuente pero aún regular, también se forman núcleos inestables llamados hipernúcleos. A diferencia de los núcleos normales, que se componen solo de protones y neutrones (es decir, nucleones), los hipernúcleos también están formados por hiperones, partículas inestables que contienen quarks del tipo extraño.

Casi 70 años después de que se observaron por primera vez en los rayos cósmicos, los hipernúcleos continúan fascinando a los físicos porque rara vez se producen en el mundo natural y, aunque tradicionalmente se fabrican y estudian en experimentos de física nuclear de baja energía, es extremadamente difícil medir su propiedades.

En el LHC, los hipernúcleos se crean en cantidades significativas en las colisiones de iones pesados, pero el único hipernúcleo observado en el colisionador hasta ahora es el hipernúcleo más ligero, el hipertritón, que está compuesto por un protón, un neutrón y una Lambda, un hiperón que contiene un quark extraño.

En su nuevo estudio, el equipo de ALICE examinó una muestra de alrededor de mil hipertritones producidos en colisiones plomo-plomo que ocurrieron en el LHC durante su segunda ejecución. Una vez formados en estas colisiones, los hipertritones vuelan unos pocos centímetros dentro del experimento ALICE antes de descomponerse en dos partículas, un núcleo de helio-3 y un pión cargado, que los detectores de ALICE pueden capturar e identificar. El equipo de ALICE investigó estas partículas hijas y las huellas que dejan en los detectores.

Al analizar esta muestra de hipertritones, una de las más grandes disponibles para estos núcleos "extraños", los investigadores de ALICE pudieron obtener las medidas más precisas hasta el momento de dos de las propiedades del hipertritón:su vida útil (cuánto tarda en descomponerse) y la energía requerida para separar su hiperón, el Lambda, de los componentes restantes.

Estas dos propiedades son fundamentales para comprender la estructura interna de este hipernúcleo y, en consecuencia, la naturaleza de la fuerza fuerte que une a los nucleones e hiperones. El estudio de esta fuerza no solo es interesante por sí mismo, sino que también puede ofrecer información valiosa sobre las interacciones de partículas que pueden tener lugar en los núcleos internos de las estrellas de neutrones. Se predice que estos núcleos, que son muy densos, favorecen la creación de hiperones sobre materia puramente nucleónica.

Las nuevas mediciones de ALICE indican que la interacción entre el hiperón del hipertritón y sus dos nucleones es extremadamente débil:la energía de separación Lambda es de solo unas pocas decenas de kiloelectronvoltios, similar a la energía de los rayos X que se usan en imágenes médicas, y la vida útil del hipertritón es compatible con la de Lambda libre.

Además, dado que la materia y la antimateria se producen en cantidades casi iguales en el LHC, la colaboración ALICE también pudo estudiar los antihipertritones y determinar su tiempo de vida. El equipo descubrió que, dentro de la incertidumbre experimental de las mediciones, el antihipertritón y el hipertritón tienen el mismo tiempo de vida. Encontrar incluso una pequeña diferencia entre las dos vidas podría indicar la ruptura de una simetría fundamental de la naturaleza, la simetría CPT.

Con los datos de la tercera ejecución del LHC, que comenzó en serio este julio, ALICE no solo investigará más a fondo las propiedades del hipetritón, sino que también ampliará sus estudios para incluir hipernúcleos más pesados. + Explora más

Se prevé que el núcleo de luz sea estable a pesar de tener dos extraños quarks