Painavia antiainehavaintoja

Yhdysvalloissa on tuotettu ennätyksellisen raskaita antiatomien ytimiä Brook­havenin kansallisen laborato­rion RHIC- eli Relativistic Heavy Ion Collider -raskasionitörmäyttimellä. Nämä antiheliumin ytimet syntyivät alkuräjähdystä jäljittelevässä kokeessa.

Lähtökohtana olivat kulta-atomin ytimet. Ne törmäytettiin neljässä kohdassa kiihdytinrengasta, johon kuuluu erityisiä ilmai­simia. Kahden kulta-atomin ytimen iskeytymisestä toisiaan vasten seuraa alkuräjähdystä muistuttava tapahtuma, jossa syntyy yhtä paljon negatiivisesti varautuneita elektroneja ja positiivisesti varautuneita protoneja sekä niiden alkeisosia kvarkkeja ja kvarkkien antiainevastineita antikvarkkeja.

Antiaine häviää nopeasti, sillä heti, kun se kohtaa tavallista ainetta, alkaa annihilaatioksi kutsuttu reaktio, jossa hiukkaset tuhoutuvat. Antikvarkeista ehti kuitenkin muodostua RHIC-törmäyttimessä antiheliumin ytimiä sen ansiosta, että ne kulkivat ilmaisimessa ensin tyhjiössä. Silti antiheliumin ytimet kato­sivat jo kymmenessä biljoonas­osasekunnin biljoonasosassa.

Sen jälkeen, kun RHIC aloitti toimintansa vuonna 2000, sillä on tehty lähes miljardi törmäytystä. Niissä on löydetty merkkejä 18:sta antiheliumin ytimestä. Jaksollisessa järjestelmässä vetyä ja heliumia seuraavan litiumin antihiukkaset ovat ilmeisesti vielä miljoona kertaa niin harvinaisia kuin antihelium.

Törmäytys tuottaa antiheliumia

Antihiukkasia syntyy, kun kulta-atomit iskeytyvät toisiaan vasten.

Kulta-atomien ytimet törmäytetään kiihdyttimessä. Yhteentörmäys johtaa elektronien ja kvarkkien sekä niiden antiainevastineiden syntymiseen. Joissakin harvinaisissa tapauksissa 12 antikvarkkia yhtyy antiheliumiksi (punainen), jonka ilmaisin rekisteröi.

Antiheliumin ytimessä (A) on kaksi antiprotonia (C) ja kaksi antineutronia (B). Ne taas koostuvat kolmesta antikvarkista (D). Antiheliumin ytimiä on rekisteröity 18 kertaa.