Что узнали ученые о поведении антиматерии?
Вопрос дисбаланса материи и антиматерии не дает покоя ученым уже много лет. Согласно космологическим моделям, Большой взрыв должен был бы создать одинаковое количество материи и ее зеркального двойника. При встрече эти две субстанции аннигилируют, превращаясь в чистую энергию. Если бы все шло по симметричному сценарию, наша Вселенная должна была бы исчезнуть в первые же мгновения своего существования. Поскольку этого не произошло,, должен существовать какой-то неизвестный фактор, нарушивший баланс, создав больше материи, чем антиматерии. Все, что мы видим сегодня, от галактик до песчинок, состоит именно из этой мизерной доли материи, уцелевшей, пишет 24 Канал со ссылкой на ScienceAlert.
Смотрите также Конец Вселенной ближе, чем мы думали: ученые назвали новую дату смерти всего, что мы знаем
Таким образом предполагали два варианта: либо часть антиматерии, равна количеству имеющейся сегодня материи, все еще где-то скрывается во Вселенной, или антиматерии с самого начала было меньше, и после аннигиляции в начале времен она вся исчезла, оставив лишь избыток материи. Но теперь ученые нашли третий вариант. Оказывается, существует фундаментальное различие в том, как физика обращается с материей и антиматерией.
Именно явление этой асимметрии ученые называют нарушением зарядово-парной симметрии или CP-нарушением. Недавно физики из Европейской организации ядерных исследований (CERN) сделали прорыв в этом вопросе, о чем рассказали в статье в журнале Nature. Во время экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) они впервые экспериментально подтвердили CP-нарушение материи и антиматерии в барионах – фундаментальных частицах, из которых состоит большая часть видимой материи во Вселенной, в частности протоны и нейтроны.
Это показывает, что тонкие различия между материей и антиматерией существуют в более широком диапазоне частиц, и свидетельствует, что фундаментальные законы физики по-разному трактуют барионы и антибарионы,
– говорит ученая CERN и первый автор исследования Сюэтин Ян.
"Асимметрия материи и антиматерии во Вселенной требует нарушения CP-симметрии в барионах, поэтому это открытие является важным шагом вперед в проверке полноты нашей текущей теории и в исследовании того, может ли новая физика скрываться в местах, которые мы раньше не рассматривали достаточно внимательно", – добавила ученая.
Ранее этот эффект наблюдали только в другом классе частиц, мезонах. Выявление же асимметрии в барионах является значительным шагом вперед. Для этого команда ученых проанализировала около 80 тысяч событий распада частиц, зафиксированных на БАК в период с 2011 по 2018 год. Исследователи сосредоточились на так называемых лямбда-b-барионах (Λb) и их противоположных аналогах среди античастиц, ища любые признаки различий в способе их распада.
Если бы CP была симметричной, то как материальные, так и антиматериальные формы частиц должны были бы распадаться на одинаковые частицы с учетом зеркального отражения. Но команда обнаружила, барионы и антибарионы распадаются не совсем одинаково – относительная разница составила 2,5%. Хотя это число может показаться малым, статистическая значимость открытия является достаточной и означает, что вероятность случайного результата – лишь один к десяти миллионам.
Это показывает, что Λb и анти-Λb не распадаются одинаково, что свидетельствует о нарушении CP-симметрии в барионах,
– говорит Сюэтин Ян.
Это открытие имеет огромное значение для физики. Это доказывает, что тонкие различия между материей и антиматерией существуют в широком диапазоне частиц и открывает новое окно для изучения CP-нарушения в барионном секторе, который до сих пор был малоисследованным. В то же время наблюдаемого эффекта все еще недостаточно, чтобы полностью решить загадку асимметрии Вселенной. Это означает, что, вероятно, существует "новая физика" за пределами Стандартной модели, которая и скрывает дополнительные источники CP-нарушения.
Например, существовала вероятность, что антиматерия может отталкиваться гравитацией, а не притягиваться, т.е. падать вверх. Чтобы проверить эту гипотезу, физики из ЦЕРН ранее провели "испытание на падение" и обнаружили, что антиматерия падает вниз, как и обычная материя. В этом отношении нарушения CP не было.
Но новое открытие показывает, что что-то все-таки заставляет материю и антиматерию распадаться по-разному.