ENGINEERINGNET.BE - Deeltjesbotsingen in de LHC-versneller kunnen temperaturen bereiken die ruim honderdduizend keer hoger zijn dan in het centrum van de zon.
Toch komen deuteronen en antideuteronen ongeschonden hieruit tevoorschijn. Natuurkundigen hebben zich decennialang afgevraagd hoe dit mogelijk is, maar nu heeft de ALICE-samenwerking experimenteel bewijs geleverd voor hoe dit gebeurt.
De wetenschappers vonden bewijs dat bijna 90% van de deuteronen en antideuteronen niet rechtstreeks uit de botsingen voortkwamen, maar werden gevormd door kernfusie van deeltjes die uit de botsing voortkwamen, waarbij een van de samenstellende deeltjes afkomstig was van het verval van een kortlevend deeltje.
“Deze resultaten vormen een mijlpaal voor het vakgebied”, aldus Marco van Leeuwen, woordvoerder van het ALICE-experiment. “Ze vullen een belangrijke leemte in ons begrip van hoe kernen worden gevormd uit quarks en gluonen, en leveren essentiële input voor de volgende generatie theoretische modellen.”
De bevindingen kunnen grote gevolgen hebben voor astrofysica en kosmologie. Lichte kernen en antikernen worden ook geproduceerd in interacties tussen kosmische straling en het interstellaire medium, en kunnen worden gecreëerd in processen waarbij donkere materie betrokken is.
Door betrouwbare modellen te bouwen voor de productie van lichte kernen en antikernen, kunnen natuurkundigen kosmische stralingsdata beter interpreteren en zoeken naar mogelijke signalen van donkere materie.
“Deze observatie biedt een solide experimentele basis voor het modelleren van de vorming van lichte kernen in de ruimte”, aldus onderzoeker Maximilian Mahlein van TU München.
De ALICE-samenwerking kwam tot deze conclusies door de deuteronen te analyseren die werden geproduceerd door botsingen van hoogenergetische protonen, geregistreerd tijdens de tweede run van de LHC. De onderzoekers hebben de impulsen gemeten van deuteronen en pionen, een ander type deeltje dat bestaat uit een quark-antiquarkpaar.
Ze ontdekten een verband tussen de impulsen van pionen en deuteronen, wat erop wijst dat de pionen en de protonen of neutronen van de deuteronen afkomstig zijn van het verval van een kortlevend deeltje.
Dit kortlevende deeltje, bekend als de delta-resonantie, vervalt in ongeveer een triljoenste van een triljoenste van een seconde tot een pion en een nucleon, ofwel een proton of een neutron. Het nucleon kan vervolgens fuseren met andere nabijgelegen nucleonen om lichte kernen te produceren, zoals een deuteron.
Deze kernfusie vindt plaats op korte afstand van het belangrijkste botsingspunt, in een koelere omgeving, waardoor de nieuw gevormde kernen een veel grotere kans hebben om te overleven.
