Dlaczego materia a nie antymateria? Naukowcy chcą odkryć tajemnice
Dlaczego Wszechświat składa się z materii a nie z antymaterii? Ta tajemnica spędza sen z powiek naukowcom i stanowi jedną z największych zagadek fizyki. Naukowcy z CERN próbują dowiedzieć się jaka jest natura tego zjawiska i mają podejrzanego, czyli tajemniczą cząstkę zwaną barionem lambda i jej antymaterię.
Na konferencji Rencontres de Moriond we Włoszech, naukowcy z LHCb ogłosili znaczący postęp w zrozumieniu różnic między materią a antymaterią. Badania wskazują na istnienie sił lub innych cząstek, które nie są jeszcze znane i wykraczają poza obecny Model Standardowy. Eksperyment jest pierwszym potwierdzonym przypadkiem naruszenia symetrii CP w barionach, które obejmują protony i neutrony.
Czym są bariony?
Bariony to cząstki subatomowe należące do hadronów, które składają się z trzech kwarków. Najbardziej znane bariony to protony i neutrony, będące podstawowymi składnikami jąder atomowych. Bariony oddziałują silnie, co oznacza, że podlegają oddziaływaniom jądrowym, a ich właściwości są określane przez konfigurację kwarków oraz kwantową liczbę barionową.
Naukowcy na podstawie wyników uzyskanych z Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) udowodnili, że bariony, w tym protony i neutrony, doświadczają asymetryczności. Łamanie symetrii przez cząstki subatomowe, inaczej naruszenie symetrii CP, oznacza, że materia i antymateria nie zachowują się identycznie. Co przekłada się na to, że cząstki tworzące materię podążają za wzorcami opisanymi przez Model Standardowy fizyki cząstek.
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Czy teoria Wielkiego Wybuchu jest błędna?
Dlaczego odkrycie jest takie wyjątkowe? Teoretycznie Wielki Wybuch powinien wytworzyć materię i antymaterię w równych proporcjach. Jednak materia tworzy wszystko dookoła, a antymateria niemal całkowicie zniknęła i pozostaje nieuchwytna.
Powód, dla którego dłużej zajęło zaobserwowanie naruszenia symetrii CP w barionach niż w mezonach, wynika z wielkości efektu i dostępnych danych–Potrzebowaliśmy maszyny takiej jak LHC, zdolnej do produkcji wystarczającej liczby barionów piękna i ich antymaterii, oraz eksperymentu zdolnego do precyzyjnego określenia ich produktów rozpa
Eksperyment LHCb dokonał odkrycia naruszenia symetrii CP w barionie lambda Λb, który jest cięższym i krótkotrwałym odpowiednikiem protonów i neutronów. W wyniku analizy stwierdzono, że różnica w liczbie rozpadów między Λb a jego antycząstką anty-Λb wynosi 2,45 proc., z niepewnością na poziomie około 0,47 proc. Ostateczny wynik różni się od zera o 5,2 odchylenia standardowego, co przekracza wymagany próg do potwierdzenia naruszenia symetrii CP w rozpadzie tego barionu.
Odkrycie to otwiera nowe możliwości dla teoretycznych i eksperymentalnych badań nad naturą naruszenia symetrii CP, potencjalnie oferując nowe ograniczenia dla fizyki wykraczającej poza Model Standardowy. Im więcej systemów, w których obserwujemy naruszenia symetrii CP i im dokładniejsze są pomiary, tym więcej mamy możliwości testowania Modelu Standardowego i poszukiwania fizyki poza nim
