Сега сме с една крачка по-близо до разбирането как Вселената е избегнала апокалипсис на антиматерията. Учени от ЦЕРН откриха дразнещи улики за фундаментална разлика в начина, по който физиката обработва материята и антиматерията. Експерименти в Големия адронен колайдер (LHC) потвърдиха асиметрия между материята и антиматерията на частица, наречена барион.
Повече за революционното откритие
Известен като нарушение на зарядно-четност (CP), ефектът е бил откриван преди това само в друг клас частици, наречени мезони. Но експериментални доказателства в барионите, които съставляват по-голямата част от материята на Вселената, са нещо, което физиците отдавна търсят.
Още: Мистериозни структури дълбоко в Земята могат да подхранват смъртоносни вулканични изригвания
„Това показва, че фините разлики между материята и антиматерията съществуват в по-широк диапазон от частици, което показва, че фундаменталните закони на физиката третират барионите и антибарионите по различен начин“, каза пред ScienceAlert Сюетинг Ян, физик от ЦЕРН и първи автор на изследването.
„Асиметрията материя-антиматерия във Вселената изисква нарушение на CP в барионите, така че откритието е ключова стъпка напред в проверката на това колко пълна е настоящата ни теория и в изследването дали нова физика може да се крие на места, които не сме разглеждали достатъчно внимателно преди.“
За да направят откритието, екипът е анализирал около 80 000 събития на разпад на частици в данни, събрани в LHC между 2011 и 2018 г. Фокусирайки се върху частици, наречени ламбда-красота (Λb) бариони, и техните антиматерийни аналози, изследователите са търсили някакъв намек за разлика в начина, по който те се разпадат.
Ако CP е симетричен, както материята, така и антиматерията на частицата би трябвало да се разпадат на едни и същи – ако са огледални – продукти.
Още: Земята започва да се върти по-бързо: ето на кои три дати денонощието ще е по-късо от обичайното
Екипът обаче откри относителна разлика от 2,5 процента между разпадането на бариони на материята и антиматерията.
„Това може да звучи малко, но резултатите са достатъчно статистически значими“, казва Янг. „Това показва, че Λb и anti-Λb не се разпадат по абсолютно един и същи начин, което предоставя наблюдение на CP-нарушение в бариони.“
Важно е, че откритието достигна статистическа значимост от 5,2 сигма. Това означава, че вероятността наблюдаваният ефект да произлиза от случайни флуктуации е само 1 на 10 милиона.
Защо това откритие е важно
Още: Притеснително: Земята пулсира, кората се разкъсва
Откритието има важни последици за физиката – включително въпроси, толкова фундаментални, колкото „защо сме тук?“.
Въпреки зловещото си име, антиматерията би трябвало да е обикновена. Основната ѝ разлика от обикновената материя е, че има противоположен заряд. Но този на пръв поглед незначителен детайл означава, че ако някога двете се срещнат, те ще се анихилират взаимно в изблик на енергия.
На теория Големият взрив не би трябвало да е облагодетелствал едното пред другото, създавайки както материя, така и антиматерия в равни количества. И ако това беше така, цялото съдържание на Вселената би трябвало да се е самоизригнало в забрава в първите няколко мига от съществуването си, оставяйки космоса дълбоко празно място.
Тъй като това очевидно не се е случило, изглежда някакъв неизвестен фактор се е намесил, така че да се е създало малко повече материя, отколкото антиматерия. Всичко, което съществува днес – от галактики до песъчинки – е направено от онази малка част, която е оцеляла след ранното унищожение.
В една проста Вселена, обръщането както на заряда, така и на пространствените координати на частица – по същество, независимо дали е материя или антиматерия – не би трябвало да променя начина, по който тя се държи съгласно законите на физиката.
Тази концепция е известна като CP-симетрия и макар че някога е била считана за неизменна, както и законът за запазване на енергията, известно ниво на CP-нарушение е предсказано от Стандартния модел на физиката от средата на 20-ти век.
„CP-нарушението е една от основните съставки, необходими за обяснение на асиметрията материя-антиматерия. Физиците обаче смятат, че количеството CP-нарушение в природата трябва да е много по-голямо от предсказаното от Стандартния модел на физиката на елементарните частици“, каза Янг.
„Това категорично подсказва, че трябва да съществува нова физика извън Стандартния модел, предоставяйки допълнителни източници на CP-нарушение. Изучаването на CP-нарушението в различни системи, включително бариони, предоставя важен тест на Стандартния модел и би могло да предложи намеци за нова физика отвъд него.“
Например съществуваше вероятност антиматерията да се отблъсква от гравитацията, а не да се привлича, т.е. да пада нагоре. За да проверят идеята, физиците от ЦЕРН проведоха преди това тестове с падане и установиха, че антиматерията пада надолу като обикновената материя. В това отношение няма нарушение на CP.
Но новото откритие разкрива, че нещо наистина кара материята и антиматерията да се разпадат по различен начин. Това дългоочаквано потвърждение е вълнуващо - но все още не е достатъчно.
„Нарушението на CP, наблюдавано при разпадането на бариони - като в новия резултат на LHCb - е в съответствие с предсказанията на Стандартния модел, така че то не осигурява достатъчно нарушение на CP, за да разреши само по себе си загадката материя-антиматерия“, казва Янг. „Но то отваря нов прозорец към това как се държи нарушението на CP в барионния сектор, който до голяма степен не е изследван.“
"Физиците търсят нови източници на нарушение на CP отвъд това, което Стандартният модел на физиката на елементарните частици предсказва. Откриването на такива източници може да доведе до нова физика."
Изследването е публикувано в списание Nature.
