Alla conferenza Quark Matter di oggi e alla recente conferenza Rencontres de Moriond, la collaborazione LHCb ha presentato un'analisi delle collisioni di particelle al Large Hadron Collider (LHC) che può aiutare a determinare se l'antimateria vista dagli esperimenti nello spazio provenga o meno dall'oscurità materia che tiene insieme le galassie come la Via Lattea.

Esperimenti spaziali come l'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), assemblato al CERN e installato sulla Stazione Spaziale Internazionale, hanno rilevato la frazione di antiprotoni, la controparte di antimateria dei protoni, in particelle ad alta energia chiamate raggi cosmici. Questi antiprotoni potrebbero essere creati quando le particelle di materia oscura si scontrano tra loro, ma potrebbero anche formarsi in altri casi, come quando i protoni si scontrano con i nuclei atomici nel mezzo interstellare, che è costituito principalmente da idrogeno ed elio.
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Per scoprire se qualcuno di questi antiprotoni ha origine o meno dalla materia oscura, i fisici devono quindi stimare la frequenza con cui gli antiprotoni vengono prodotti nelle collisioni tra protoni e idrogeno così come tra protoni ed elio. Sebbene alcune misurazioni della prima siano state effettuate e LHCb abbia riportato nel 2017 la prima misurazione in assoluto della seconda, quella misurazione di LHCb implicava solo una rapida produzione di antiprotoni, ovvero gli antiprotoni prodotti proprio nel punto in cui si verificavano le collisioni.

Nel loro nuovo studio, il team di LHCb ha cercato anche antiprotoni prodotti a una certa distanza dal punto di collisione, attraverso la trasformazione, o "decadimento", di particelle chiamate antiiperoni in antiprotoni. Per effettuare questa nuova misurazione e la precedente, i ricercatori di LHCb, che di solito utilizzano i dati delle collisioni protone-protone per le loro indagini, hanno utilizzato invece i dati delle collisioni protone-elio ottenuti iniettando gas elio nel punto in cui i due fasci di protoni LHC sarebbero normalmente si scontrano.

Analizzando un campione di circa 34 milioni di collisioni protone-elio e misurando il rapporto tra il tasso di produzione di antiprotoni dal decadimento dell'antiiperone e quello degli antiprotoni pronti, i ricercatori di LHCb hanno scoperto che, alla scala dell'energia di collisione della loro misurazione, gli antiprotoni prodotti tramite i decadimenti dell'antiiperone contribuiscono molto di più al tasso di produzione totale di antiprotoni rispetto alla quantità prevista dalla maggior parte dei modelli di produzione di antiprotoni nelle collisioni protone-nucleo.

"Questo risultato integra la nostra precedente misurazione della rapida produzione di antiprotoni e migliorerà le previsioni dei modelli", afferma il portavoce di LHCb Chris Parkes. "Questo miglioramento può a sua volta aiutare gli esperimenti spaziali a trovare prove della materia oscura."

"La nostra tecnica di iniezione di gas nel punto di collisione di LHCb è stata originariamente concepita per misurare le dimensioni dei fasci di protoni", afferma il coordinatore della fisica di LHCb Niels Tuning. "È davvero bello vedere di nuovo che migliora anche la nostra conoscenza di quanto spesso l'antimateria dovrebbe essere creata nelle collisioni cosmiche tra protoni e nuclei atomici". + Esplora ulteriormente

Collisioni cosmiche nell'esperimento LHCb