Die LHCb Collaboration präsentierte am 23. August 2023 auf der EPS-HEP Conference 2023 seine Beobachtung der seltenen Hyperkerne namens Hypertriton und Antihypertriton, was die Ziele des Experiments übertrifft. Mehr als 100 dieser seltenen Hyperkerne wurden bei Proton-Proton-Kollisionen gefunden, die zwischen 2016 und 2018 im Rahmen des zweiten LHC-Betriebslaufs beobachtet wurden.
Am LHC werden Kerne und Antikerne produziert, darunter auch instabile Hyperkerne wie das Hypertriton und das Antyhypertriton. Das Hypertriton besteht aus einem Proton, einem Neutron und einem Lambda-Hyperon (einem Baryon mit einem Strange-Quark). Im Fall des Antihypertriton bilden die Antiteilchen dieser drei Teilchen den Antihyperkern. Ihre Produktion ist selten und faszinierend zu untersuchen. Weil sowohl das Hypertriton als auch das Antihypertriton ein Hyperon enthalten, sind sie auch ein Forschungsobjekt für die Astrophysik: Die Erzeugung von Hyperonen mit einem Strange-Quark findet im inneren Kern von Neutronensternen statt, daher dienen Erkenntnisse über die Entstehung von Hyperonen als Ergänzung von Simulationen dieses Kerns.
Ein gleichermaßen spannendes Forschungsobjekt für die Astrophysik ist eines der Zerfallsprodukte des (Anti-)Hypertriton: (Anti-)Helium-3 kommt im Weltraum vor und könnte für die Beobachtung von Dunkler Materie verwendet werden. Einerseits werden (Anti-)Kerne durch Kollisionen zwischen kosmischen Strahlen und dem interstellaren Medium erzeugt. Andererseits könnten sie theoretisch erzeugt werden, wenn Dunkle-Materie-Teilchen sich gegenseitig auslöschen. Um die erwartete Anzahl der (Anti-)Kerne und deren Zerfallsprodukte zu ermitteln, die die Erde erreichen, sind präzise Erkenntnisse über ihre Entstehungs- und Auslöschungsmöglichkeiten eine Grundvoraussetzung.
Die Lebensdauer des (Anti-)Hypertritons beträgt etwa 240 Pikosekunden und dann verschwindet es und setzt seine Zerfallsprodukte im LHCb-Detektor frei. Dank einer neuen Rekonstruktionstechnik konnten die Experimentalphysiker die Bahnen der Zerfallsprodukte durch den LHCb-Detektor verfolgen. Die (Anti-)Helium-3-Kerne wurden anhand der Energie identifiziert, die sie während der Ionisierung innerhalb der inneren Detektoren wie VELO und anderer Verfolgungsdetektoren verlieren.
(THK)
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