ALICE-experiment CERN lost mechanisme van lichte atoomkernvorming op

Wetenschappers van het A Large Ion Collider Experiment (ALICE) bij de Large Hadron Collider (LHC) van CERN hebben een definitieve verklaring gevonden voor de vorming van lichte atoomkernen, zoals deuteronen en antideuteronen, tijdens extreem hoogenergetische deeltjesbotsingen. Dit inzicht, gepubliceerd op 10 december 2025 in het tijdschrift Nature, lost een decennialang vraagstuk in de kernfysica op over hoe deze fragiele structuren temperaturen kunnen overleven die meer dan honderdduizend keer hoger zijn dan die in de kern van de Zon.

De onderzoekers, met een leidende bijdrage van de Technische Universität München (TUM), analyseerden gegevens van hoogenergetische protonbotsingen uit de tweede operationele run van de LHC. De kernbevinding weerlegt de eerdere hypothese dat de benodigde protonen en neutronen reeds op het moment van de botsing aanwezig waren. Het onderzoek toont aan dat deze samenstellende deeltjes ontstaan uit het sequentiële verval van kortlevende, hoogenergetische deeltjesstaten, met de $\Delta(1232)$-resonantie als cruciaal voorbeeld.

Ongeveer 90 procent van de waargenomen (anti)deuteronen wordt gevormd via dit specifieke resonantievervalmechanisme, gemeten door de gevoelige ALICE-detector. Dit vormingsproces vindt plaats terwijl het botsingssysteem uitzet en afkoelt. Professor Laura Fabbietti van de TUM bevestigde dat het experimentele bewijs aantoont dat lichte kernen samensmelten wanneer de omstandigheden 'iets koeler en rustiger' zijn, in tegenstelling tot de initiële, extreem hete fase van de interactie. Dit werk is een cruciale stap in het begrip van de 'sterke wisselwerking', de fundamentele kracht die atoomkernen bijeenhoudt.

Het ALICE-experiment bootst omstandigheden na die vergelijkbaar zijn met de vroegste momenten van het universum en is ontworpen om tot 2000 deeltjes per botsing te reconstrueren om de evolutie van een quark-gluonplasma naar stabiele materie te ontrafelen. De resultaten zijn relevant voor de astrofysica, met name voor het verfijnen van de interpretatie van gegevens over kosmische straling, aldus Dr. Maximilian Mahlein. Verbeterde theoretische modellen, gebaseerd op dit nieuwe inzicht, kunnen nieuwe wegen openen voor onderzoek naar de aard van donkere materie, een centraal thema binnen de ORIGINS Cluster of Excellence.

De ORIGINS Cluster, een samenwerkingsverband van de TUM en de Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), ontving in mei 2025 goedkeuring voor haar tweede financieringsfase. De erkenning voor de gezamenlijke inspanningen bij CERN nam verder toe in april 2025, toen Professor Laura Fabbietti en Professor Lukas Heinrich op 5 april gezamenlijk de 2025 Breakthrough Prize in Fundamental Physics ontvingen. Deze prijs van 3 miljoen Amerikaanse dollar werd verdeeld onder 13.508 onderzoekers van de LHC-samenwerkingsverbanden (ALICE, ATLAS, CMS en LHCb) voor hun hoog-nauwkeurige toetsing van het Standaardmodel. De prijsgelden zijn bestemd voor doctoraatsstudenten van de aangesloten instituten ter ondersteuning van onderzoeksverblijven bij CERN.