Физики раскрывают, почему материя доминирует во вселенной

Преобразование CP-симметрии меняет частицу с зеркальным отображением ее античастицы. Коллаборация LHCb наблюдала нарушение этой симметрии в распадах мезона D0 (показано большой сферой справа) и его аналога антивещества, анти-D0 (большая сфера слева), на другие частицы (меньшие сферы ). Степень разбивки была выведена из разницы в количестве распадов в каждом случае (вертикальные столбцы, только для иллюстрации). Предоставлено: ЦЕРН

Физики из Колледжа искусств и наук в Сиракузском университете подтвердили, что вещество и антивещество распадаются по-разному для элементарных частиц, содержащих очарованные кварки.

Уважаемый профессор Шелдон Стоун говорит, что результаты являются первыми, хотя асимметрия вещества и антивещества наблюдалась ранее в частицах со странными кварками или кварками красоты.

Он и члены исследовательской группы по физике высоких энергий (HEP) Колледжа впервые и с уверенностью в 99,999 процента измерили разницу в том, как D 0 -мезоны и анти-D 0 -мезоны превращаются в более стабильные побочные продукты.

Мезоны — это субатомные частицы, состоящие из одного кварка и одного антикварка, связанных между собой сильными взаимодействиями.

«Было много попыток измерить асимметрию вещества и антивещества, но до сих пор никто не преуспел», — говорит Стоун, который участвует в эксперименте по красоте Большого адронного коллайдера (LHCb) в лаборатории CERN в Женеве, Швейцария. «Это важный этап в исследованиях антиматерии».

Результаты могут также указывать на новую физику за пределами Стандартной модели, которая описывает, как фундаментальные частицы взаимодействуют друг с другом. «До тех пор мы должны ждать теоретических попыток объяснить наблюдение менее эзотерическими средствами», — добавляет он.

Каждая частица материи имеет соответствующую античастицу, идентичную во всех отношениях, но с противоположным зарядом. Например, точные исследования атомов водорода и антиводорода показывают сходство с точностью до миллиардного знака после запятой.

Когда частицы вещества и антивещества вступают в контакт, они уничтожают друг друга во взрыве энергии — подобно тому, что произошло во время Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад.

«Вот почему так мало естественного антиматерии во Вселенной вокруг нас», — говорит Стоун, член Американского физического общества, которая в этом году присудила ему премию Панофски WKH в области экспериментальной физики частиц.

Вопрос о разуме Стоуна включает в себя равную, но противоположную природу материи и антивещества. «Если такое же количество вещества и антивещества взорвалось при рождении Вселенной, то не должно было остаться ничего, кроме чистой энергии. Очевидно, этого не произошло», — говорит он с недоверием.

Таким образом, Стоун и его коллеги из LHCb искали тонкие различия в веществе и антивеществе, чтобы понять, почему вещество так распространено.

Ответ может лежать в ЦЕРНе, где ученые создают антивещество, разбивая протоны вместе на Большом адронном коллайдере (LHC), самом большом в мире, самом мощном конкретном ускорителе. Чем больше энергии производит LHC, тем массивнее частицы и античастицы, образующиеся при столкновении.

Именно в обломках этих столкновений ученые, такие как Иван Поляков, постдок из группы HEP Сиракуз, охотятся за компонентами частиц.

«Мы не видим антивещества в нашем мире, поэтому мы должны его искусственно производить», — говорит он. «Данные этих столкновений позволяют нам картировать распад и превращение нестабильных частиц в более стабильные побочные продукты».

HEP известен своими новаторскими исследованиями кварков — элементарных частиц, которые являются строительными блоками материи. Существует шесть типов или разновидностей кварков, но ученые обычно говорят о них в парах: вверх / вниз, очарование / странный и верх / низ. Каждая пара имеет соответствующую массу и дробный электронный заряд.

Помимо кварка красоты («b» в «LHCb»), HEP интересуется очарованным кварком. Несмотря на свою относительно большую массу, заколдованный кварк живет мимолетным существованием, а затем превращается в нечто более стабильное.

Недавно HEP изучил две версии одной и той же частицы. Одна версия содержала зачарованный кварк и антиматерную версию восходящего кварка, называемого анти-восходящим кварком. Другая версия имела антикармовый кварк и восходящий кварк.

Используя данные LHC, они идентифицировали обе версии частицы, с точностью до десятков миллионов, и подсчитали, сколько раз каждая частица распадалась на новые побочные продукты.

«Соотношение двух возможных результатов должно было быть одинаковым для обоих наборов частиц, но мы обнаружили, что соотношения различаются примерно на одну десятую процента», — говорит Стоун. «Это доказывает, что зачарованные вещества и частицы антивещества не являются полностью взаимозаменяемыми».

Поляков добавляет: «Частицы могут выглядеть одинаково снаружи, но внутри они ведут себя по-разному. Это загадка антивещества».

Идея, что материя и антивещество ведут себя по-разному, не нова. Предыдущие исследования частиц со странными кварками и нижними кварками подтвердили как таковые.

То, что делает это исследование уникальным, заключает Стоун, заключается в том, что это первый случай, когда кто-то видел, как частицы с очарованными кварками асимметричны: «Это одна из книг по истории».

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-physicists-reveal-dominates-universe.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...