Експеримент ALICE у ЦЕРН пояснив механізм формування легких ядер

Науковці, залучені до експерименту ALICE на Великому адронному колайдері (ВАК) у ЦЕРН, підтвердили механізм утворення легких атомних ядер, зокрема дейтеронів та антидейтеронів, у зіткненнях частинок. Це відкриття, очолюване дослідниками з Технічного університету Мюнхена (TUM), розв'язує давню проблему у фізиці частинок, а його результати були опубліковані у журналі Nature у грудні 2025 року.

Дослідження демонструє, що протони та нейтрони, необхідні для формування цих ядер, не існують безпосередньо на початковому етапі зіткнення, де температури можуть перевищувати температуру в центрі Сонця більш ніж у 100 000 разів. Натомість, ці нуклони виникають унаслідок розпаду короткоживучих високоенергетичних станів частинок, відомих як резонанси, зокрема $\Delta(1232)$ резонансу. Новоутворені нуклони потім об'єднуються через процес ядерного синтезу на кінцевій стадії, коли система зіткнення поступово охолоджується.

Вимірювання, проведені детектором ALICE, свідчать про те, що приблизно 90 відсотків спостережуваних (анти)дейтеронів формуються саме цим шляхом через розпад резонансів. Професори Лаура Фаббітті та Лукас Гайнріх з TUM, які брали участь у роботі, підкреслили, що ці вимірювання підтверджують формування легких ядер у умовах, які є «дещо прохолоднішими та спокійнішими», а не під час первинної гарячої фази. Ця робота суттєво поглиблює розуміння «сильної взаємодії» — фундаментальної сили, що утримує разом атомні ядра.

Відкриття має ширші астрофізичні наслідки, як зазначив доктор Максиміліан Малейн. Покращені моделі, засновані на цих результатах, потенційно можуть надати нові відомості про природу темної матерії, оскільки легкі ядра також утворюються у космічних процесах, зокрема при взаємодії космічних променів. Дослідження, що включає аналіз даних з другого циклу роботи ВАК, надає надійну експериментальну основу для моделювання цих процесів.

Сам ЦЕРН, розташований на кордоні Швейцарії та Франції поблизу Женеви, використовує 27-кілометровий підземний прискорювач ВАК. Детектор ALICE спеціально розроблений для вивчення сильної взаємодії шляхом відстеження частинок, що генеруються у цих подіях, реконструюючи умови, що існували у перші частки секунди після Великого вибуху. Додатково, дослідники з TUM, зокрема професори Лаура Фаббітті та Лукас Гайнріх, були відзначені престижною премією Breakthrough Prize у галузі фундаментальної фізики у квітні 2025 року за їхню спільну роботу в рамках експериментів на ВАК. У травні 2025 року також було затверджено другу фазу фінансування кластера досконалості ORIGINS, який об'єднує зусилля TUM та LMU у дослідженні походження Всесвіту.