أدت الاصطدامات بين الأيونات الثقيلة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) إلى إنشاء بلازما كوارك غلوون، وهي حالة كثيفة من المادة ذات درجة حرارة عالية يُعتقد أنها ملأت الكون في غضون جزء من المليون من الثانية تقريبًا بعد الانفجار الكبير. تخلق اصطدامات الأيونات الثقيلة أيضًا ظروفًا مناسبة لتكوين النوى الذرية والنوى الفائقة الغريبة، بالإضافة إلى نظيراتها من المادة المضادة، النوى المضادة والنوى الفائقة. يعد قياس هذه الأشكال من المادة أمرًا مهمًا لمجموعة متنوعة من الأغراض، بما في ذلك المساعدة في فهم العملية التي تتشكل بها الهادرونات من الكواركات والجلونات المكونة للبلازما وعدم تناسق المادة والمادة المضادة الذي نراه في الكون اليوم.
النوى المفرطة هي نوى غريبة تتكون من خليط من البروتونات والنيوترونات والهايبرونات، وهي جسيمات غير مستقرة تحتوي على واحد أو أكثر من الكواركات الغريبة. بعد مرور أكثر من 70 عامًا على اكتشافها في الأشعة الكونية، تظل النوى المفرطة مصدرًا لسحر علماء الفيزياء لأنها نادرة في الطبيعة ويصعب إنشاؤها ودراستها في المختبر.
في تصادمات الأيونات الثقيلة، يتم إنتاج النوى الفائقة بأعداد كبيرة، ولكن حتى وقت قريب، لم تتم ملاحظة سوى أخف التريتونات الفائقة النووية وشركائها من المادة المضادة، السوبرتريتونات المضادة. تتكون الهايبتريتونات من بروتونات ونيوترونات ولامدا (هايبرونات تحتوي على كوارك غريب). تتألف مضادات السوبرتريتون من البروتونات المضادة والنيوترونات المضادة ومضادات α.
بعد اكتشاف الهيدروجين الفائق المضاد -4 (مزيج من بروتون مضاد واحد، واثنين من النيوترونات المضادة ومضاد لامدا) في وقت سابق من هذا العام من خلال تعاون STAR في مصادم الأيونات الثقيلة النسبية (RHIC)، اكتشف تعاون ALICE في LHC الآن لأول مرة دليلًا على الهيدروجين الفائق المضاد -4، والذي يتكون من اثنين من البروتونات المضادة، ونيوترون مضاد واحد ومضاد لامدا. والنتيجة مهمة عند 3.5 انحرافات معيارية وهي أول دليل على أثقل نواة المادة المضادة التي تم اكتشافها على الإطلاق في LHC.
تعتمد قياسات ALICE على بيانات تصادم الرصاص والرصاص التي تم الحصول عليها في عام 2018 لكل زوج من النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) المتصادمة عند طاقة تبلغ 5.02 تيرا إلكترون فولت (TeV). باستخدام تقنية التعلم الآلي التي تتفوق في الأداء على تقنيات البحث التقليدية عن النواة الفائقة، نظر باحثو ALICE في بيانات الإشارات الخاصة بالهيدروجين الفائق 4، والهليوم الفائق 4، وشركائهم من المادة المضادة. تم تحديد العناصر المرشحة لـ (المضاد) لفرط الهيدروجين-4 من خلال البحث عن نوى الهيليوم-4 (المضادة) والبيونات المشحونة التي تتحلل إليها، في حين تم تحديد العناصر المرشحة لـ (المضادة) لفرط الهيليوم-4 من خلال اضمحلالها إلى نوى الهيليوم-3 (المضادة) والبروتونات (المضادة) والبيونات المشحونة.
بالإضافة إلى العثور على أدلة ضد الهيدروجين الفائق -4 مع أهمية 3.5 انحرافات معيارية وأدلة ضد الهيدروجين الفائق -4 مع أهمية 4.5 انحرافات معيارية، قام فريق ALICE أيضًا بقياس إنتاج وكتل النواتين العظميين.
بالنسبة لكلا النوى الفائقة، تتفق الكتل المقاسة مع المتوسطات العالمية الحالية. وتمت مقارنة النتائج المقاسة مع التنبؤات من نموذج الهدرونة الإحصائي الذي يصف جيدًا تكوين الهادرونات والنوى في تصادمات الأيونات الثقيلة. توضح هذه المقارنة أن تنبؤات النموذج تتفق جيدًا مع البيانات إذا تم تضمين كل من الحالات النووية الفائقة المثارة والحالات الأرضية في التنبؤات. أكدت النتائج أن نموذج الهدرونة الإحصائي يمكنه أيضًا وصف إنتاج النوى الفائقة، وهي أجسام كثيفة يبلغ حجمها حوالي 2 فيمتومتر (1 فيمتومتر هو 10-15 مترًا).
كما حدد الباحثون نسب إنتاجية الجسيمات المضادة إلى الجسيمات في النواتين العظميين ووجدوا أنها كانت متسقة مع 1 ضمن حالة عدم اليقين التجريبية. يتوافق هذا الاتفاق مع ملاحظة ALICE للإنتاج المتساوي للمادة والمادة المضادة في طاقات LHC، ويضيف إلى الأبحاث الجارية حول اختلال التوازن بين المادة والمادة المضادة في الكون.