Експерименти на Великому адроном колайдері проливають світло на деякі загадки антиматерії
Питання про те, чому вся осяжна Всесвіт складається зі звичайної матерії, а не з антиматерії, є одним з фундаментальних питань, що хвилюють вчених-астрофізиків вже протягом багатьох десятиліть. І результати експериментів, проведених на Великій Адроном Колайдері (ВАК) містять деякі нові підказки щодо загадки асиметрії відношення кількості речовини-антиречовини у Всесвіті.
Під час зіткнень променів високоенергетичних протонів, які проводилися на колайдері в 2011 році, обладнання експерименту LHCb реєструвало народження і подальший розпад мезонів BOs, адронных субатомних часток, що складаються з одного кварка і одного антикварка. Спостерігаючи за процесами розпаду мезонів BOs, фізикам вдалося ідентифікувати продукти цього розпаду. Провівши аналіз даних, отриманих під час величезної кількості зіткнень протон-протон і розпаду мезонів BOs, фізики виявили, що в результаті цих процесів виходило набагато більше частинок звичайної матерії, ніж частинок антиматерії.
"Відкриття асиметрії розпаду мезонів BOs йде зі значенням достовірності більше 5 сигм, що стало можливим завдяки величезному обсягу даних, зібраних датчиками експерименту LHCb, здатним достовірно ідентифікувати частинки" - розповів П'єрлуїджі Кампана (Pierluigi Campana), вчений CERN, що працює в рамках експерименту LHCb, - "Експерименти, проведені в інших місцях і на інших наукових установках, не дозволяли накопичити дані про досить великій кількості розпадів мезонів BOs щоб зроблене відкриття досягло рівня достовірності 5 сигма".
Порушення балансу розпаду частинок в одну або іншу сторону називається вченими порушення CP-інваріантності. Закони фізики визначають, що при розпаді частинок має народжуватися однакову кількість частинок матерії і антиматерії, що називається CP-симетрії. Але в рамках Стандартної Моделі фізики елементарних частинок існують винятки, що визначають порушення CP-симетрії.
Перші порушення CP-симетрії були зареєстровані в 1960-х роках розпад нейтральних частинок, каонов. З того часу подібні порушення були виявлені американськими і японськими дослідниками і для інших частинок, в тому числі і BO-мезонів. Не так давно експеримент LHCb продемонстрував порушення CP-симетрії відносно B+ мезонів і, тепер, для BOs-мезонів.
Вчені впевнені, що в момент Великого Вибуху у Всесвіті утворилося рівну кількість матерії і антиматерії. Потім практично вся антиматерія або була зруйнована або зникла в результаті невідомих нині взаємодіях зі звичайною матерією, що дозволило Всесвіту сформуватися в тому вигляді, в якому ми її спостерігаємо сьогодні. На щастя, чи на жаль, дисбаланс між кількістю матерії і антиматерії не можна пояснити на рахунок існування порушення CP-симетрії розпаду частинок, цей ефект хоч і має місце бути, але його значення є не дуже великим. Як би там ні було, але саме існування ефекту порушення CP-симетрії є однією з підказок вченим, чому природа нашого Всесвіту воліла звичайну матерію антиматерії.
"Нам відомо, що результати впливу ефектів порушення CP-симетрії, описані Стандартною Моделлю, досить невеликі. Їх не можна використовувати в якості пояснення того, чому у Всесвіті домінує звичайна матерія" - розповідають вчені CERN, - "Однак, вивчаючи ефекти порушення CP-симетрії ми шукаємо відсутні частини загадки, розгадка якої може стати серйозною перевіркою існуючих фізичних теорій і, ймовірно, може відкрити існування законів фізики, що виходять за рамки Стандартної Моделі".
Група вчених CERN, що працюють в рамках експерименту LHCb, опублікує повні результати своїх досліджень та звіти в самому найближчому часі на сторінках онлайн-видання Physical Review Letters.