Op de Quark Matter-conferentie vandaag en op de recente Rencontres de Moriond-conferentie presenteerde de LHCb-samenwerking een analyse van deeltjesbotsingen bij de Large Hadron Collider (LHC) die kan helpen bepalen of antimaterie die door experimenten in de ruimte wordt waargenomen al dan niet afkomstig is uit het donker materie die sterrenstelsels zoals de Melkweg bij elkaar houdt.

In de ruimte gebaseerde experimenten zoals de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), die werd geassembleerd bij CERN en is geïnstalleerd op het internationale ruimtestation, hebben de fractie antiprotonen gedetecteerd, de antimaterie-tegenhangers van protonen, in hoogenergetische deeltjes die kosmische straling worden genoemd. Deze antiprotonen kunnen ontstaan ​​wanneer donkere-materiedeeltjes met elkaar botsen, maar ze kunnen ook in andere gevallen worden gevormd, zoals wanneer protonen botsen met atoomkernen in het interstellaire medium, dat voornamelijk bestaat uit waterstof en helium.
sciencex.com/Newsman3/news/edit/lvl8/4525/#
Om erachter te komen of een van deze antiprotonen al dan niet afkomstig is van donkere materie, moeten natuurkundigen daarom inschatten hoe vaak antiprotonen worden geproduceerd bij botsingen tussen protonen en waterstof evenals tussen protonen en helium. Hoewel sommige metingen van de eerste zijn gedaan en LHCb in 2017 de allereerste meting van de tweede rapporteerde, betrof die LHCb-meting alleen een snelle antiprotonproductie - dat wil zeggen, antiprotonen geproduceerd precies op de plaats waar de botsingen plaatsvonden.

In hun nieuwe studie zocht het LHCb-team ook naar antiprotonen die op enige afstand van het botsingspunt werden geproduceerd, door de transformatie of "verval" van deeltjes die antihyperonen worden genoemd in antiprotonen. Om deze nieuwe meting en de vorige te maken, gebruikten de LHCb-onderzoekers, die gewoonlijk gegevens van proton-protonbotsingen gebruiken voor hun onderzoek, in plaats daarvan gegevens van proton-heliumbotsingen die waren verkregen door heliumgas te injecteren in het punt waar de twee LHC-protonenbundels zouden normaal botsen.

Door een steekproef van ongeveer 34 miljoen proton-heliumbotsingen te analyseren en de verhouding van de productiesnelheid van antiprotonen van antihyperonverval tot die van snelle antiprotonen te meten, ontdekten de LHCb-onderzoekers dat, op de botsingsenergieschaal van hun meting, de antiprotonen geproduceerd via antihyperonverval draagt ​​veel meer bij aan de totale antiprotonproductiesnelheid dan de hoeveelheid voorspeld door de meeste modellen van antiprotonproductie bij proton-kernbotsingen.

"Dit resultaat is een aanvulling op onze eerdere meting van snelle antiprotonproductie en het zal de voorspellingen van de modellen verbeteren", zegt LHCb-woordvoerder Chris Parkes. "Deze verbetering kan op zijn beurt ruimtegebaseerde experimenten helpen om bewijs van donkere materie te vinden."

"Onze techniek om gas in het LHCb-botsingspunt te injecteren, was oorspronkelijk ontworpen om de grootte van de protonenbundels te meten", zegt LHCb-natuurkundig coördinator Niels Tuning. "Het is heel leuk om weer te zien dat het ook onze kennis verbetert over hoe vaak antimaterie moet worden gecreëerd in kosmische botsingen tussen protonen en atoomkernen." + Verder verkennen

Kosmische botsingen bij het LHCb-experiment