La collaborazione internazionale ALICE al Large Hadron Collider (LHC) ha appena rilasciato le misurazioni più precise fino ad oggi di due proprietà di un ipernucleo che potrebbero esistere nei nuclei delle stelle di neutroni.

I nuclei atomici e le loro controparti di antimateria, noti come antinuclei, sono spesso prodotti all'LHC in collisioni ad alta energia tra ioni pesanti o protoni. In maniera meno frequente, ma comunque regolare, si formano anche nuclei instabili detti ipernuclei. Contrariamente ai nuclei normali, che comprendono solo protoni e neutroni (cioè nucleoni), gli ipernuclei sono anche costituiti da iperoni, particelle instabili contenenti quark di tipo strano.

A quasi 70 anni dalla loro prima osservazione nei raggi cosmici, gli ipernuclei continuano ad affascinare i fisici perché sono prodotti raramente nel mondo naturale e, sebbene siano tradizionalmente realizzati e studiati in esperimenti di fisica nucleare a bassa energia, è estremamente difficile misurare la loro proprietà.

All'LHC, gli ipernuclei vengono creati in quantità significative nelle collisioni di ioni pesanti, ma l'unico ipernucleo osservato finora al collisore è l'ipernucleo più leggero, l'ipertritone, che è composto da un protone, un neutrone e un Lambda, un iperone contenente uno strano quark.

Nel loro nuovo studio, il team di ALICE ha esaminato un campione di circa mille ipertritoni prodotti nelle collisioni piombo-piombo che si sono verificate nell'LHC durante la sua seconda corsa. Una volta formati in queste collisioni, gli ipertritoni volano per alcuni centimetri all'interno dell'esperimento ALICE prima di decadere in due particelle, un nucleo di elio-3 e un pione carico, che i rivelatori ALICE possono catturare e identificare. Il team di ALICE ha studiato queste particelle figlie e le tracce che lasciano nei rivelatori.

Analizzando questo campione di ipertritoni, uno dei più grandi disponibili per questi nuclei "strani", i ricercatori ALICE sono stati in grado di ottenere le misurazioni più precise fino ad ora di due delle proprietà dell'ipertritone:la sua vita (quanto tempo impiega a decadere) e il energia necessaria per separare il suo iperone, la Lambda, dai restanti costituenti.

Queste due proprietà sono fondamentali per comprendere la struttura interna di questo ipernucleo e, di conseguenza, la natura della forza forte che lega insieme nucleoni e iperoni. Lo studio di questa forza non è solo interessante di per sé, ma può anche offrire preziose informazioni sulle interazioni delle particelle che possono aver luogo nei nuclei interni delle stelle di neutroni. Si prevede che questi nuclei, che sono molto densi, favoriscano la creazione di iperoni sulla materia puramente nucleonica.

Le nuove misurazioni ALICE indicano che l'interazione tra l'iperone dell'ipertritone e i suoi due nucleoni è estremamente debole:l'energia di separazione Lambda è di poche decine di kiloelettronvolt, simile all'energia dei raggi X utilizzati nell'imaging medico, e la vita dell'ipertritone è compatibile con quella della Lambda gratuita.

Inoltre, poiché materia e antimateria sono prodotte in quantità quasi uguali all'LHC, la collaborazione ALICE è stata anche in grado di studiare gli antiipertritoni e determinarne la durata. Il team ha scoperto che, all'interno dell'incertezza sperimentale delle misurazioni, l'antiipertritone e l'ipertritone hanno la stessa durata. Trovare anche una piccola differenza tra le due vite potrebbe segnalare la rottura di una simmetria fondamentale della natura, la simmetria CPT.

Con i dati della terza corsa dell'LHC, iniziata sul serio questo luglio, ALICE non solo indagherà ulteriormente sulle proprietà dell'ipetritone, ma estenderà anche i suoi studi per includere ipernuclei più pesanti. + Esplora ulteriormente

Si prevedeva che il nucleo leggero fosse stabile nonostante avesse due strani quark