Виявили вперше: вчені отримали натяк на нову фізику за допомогою "красивої" антиматерії

Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише Live Science.

Чому матерія домінує над антиматерією у Всесвіті довгий час залишається однією з головних загадок. Відкриття, зроблене на Великому адронному колайдері (ВАК), показало, що короткоживучий родич протонів і нейтронів, красивий лямбда-баріон, розпадається з іншою швидкістю, ніж його аналог з антиматерії.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Цей ефект, відомий як порушення CP-симетрії, відноситься до частинок із протилежним зарядом, які поводяться по-різному і складають звичайну матерію та антиматерію. Це головне пояснення того, чому матерія могла домінувати над антиматерією в ранньому Всесвіті, адже без цього космос би не існував у тому вигляді, в якому він є зараз.

Незважаючи на те, що це ключова причина, через яку ми існуємо, кількість порушень CP-симетрії, передбачена Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, занадто мала, щоб пояснити велику кількість матерії в нашому Всесвіті. Ба більше, це порушення раніше було виявлено тільки в частинках, що складаються з пар кварк-антикварк, званих мезонами. Воно не спостерігалося в баріонах, що складаються з трьох кварків, частинках, таких як протони і нейтрони, які складають більшу частину видимої матерії Всесвіту.

Перше у своєму роді відкриття потенційно відкриває шлях до виявлення нової фізики за межами Стандартної моделі фізики елементарних частинок.

Під час аналізу великої кількості даних, отриманих під час експериментів на БАК, фізики виявили неспростовні докази того, що баріони піддаються дзеркальній асиметрії у фундаментальних законах природи, яка змушує матерію й антиматерію поводитися по-різному. Це відкриття дає нові способи вирішення проблеми того, чому матерія переважала над антиматерією після Великого вибуху.

Згідно зі стандартною космологічною моделлю, після Великого вибуху космос був гарячою плазмою з частинок матерії та антиматерії, які виникали і знищували одна одну під час контакту. Теорія пророкує, що матерія й антиматерія всередині цієї плазми повинна була повністю знищити одна одну. Але фізики вважають, що якийсь невідомий дисбаланс, ймовірне порушення CP-симетрії в розпадах частинок, що включають слабку взаємодію, дало змогу виробити більше матерії, ніж антиматерії, що врятувало всю матерію від самознищення.

Відомо, що частинки мають однакову масу і протилежні заряди по відношенню до своїх партнерів по антиматерії. Але, коли частинки розпадаються на інші частинки, порушення CP-симетрії призводить до тріщини в цій дзеркальній симетрії. Ефект може проявлятися в різниці між швидкостями розпаду частинок і античастинок на легші частинки, які фізики можуть реєструвати.

Учені вперше виявили порушення CP-симетрії в красивому лямбда-баріоні, який складається з верхнього кварка, нижнього кварка і красивого кварка. Фізики підрахували розпади цієї частинки, а також розпади анти-красивого лямбда-баріона. Потім учені підрахували кількість спостережуваних розпадів кожної частинки і виявили різницю між ними.

Аналіз показав, що різниця між числами розпаду лямбда-баріонів і анти-лямбда-баріонів склала 2,45% від нуля з похибкою близько 0,47%. Результат відрізняється від нуля на 5,2 стандартних відхилення, що перевищує поріг, який фізики використовують як "золотий стандарт" для оголошення нового відкриття.

Фізики кажуть, що, зафіксувавши відкриття, вони шукатимуть ще більше порушень CP-симетрії, і зберуть додаткові дані про ключовий механізм, який, імовірно, дав змогу нашому Всесвіту існувати.

За словами вчених, величина порушення CP-симетрії, передбачена Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, на багато порядків менша, ніж необхідна для пояснення асиметрії матерії та антиматерії, яку можна спостерігати у Всесвіті. Це передбачає існування нових джерел порушення CP-симетрії, а отже, ймовірно, і нової фізики.

Як уже писав Фокус, фізики виявили в магніті новий стан матерії. Вчені виявили новий стан матерії в попередньому екзотичному стані, виявленому в магнітному матеріалі в 2016 році.