Fizycy z CERN pracujący z detektorem LHCb odkryli pierwsze możliwe różnice między materią a antymaterią, wyjaśniając, dlaczego we współczesnym Wszechświecie prawie nie ma antymaterii, wynika z artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature Physics.
Uważa się, że w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu była taka sama ilość materii i antymaterii. Dziś świat jest wypełniony materią, a fakt ten jest fizyczną tajemnicą, ponieważ cząsteczki materii i antymaterii powinny były zniszczyć się nawzajem w momencie pojawienia się w kwarkowej „zupie” przyszłego Wszechświata. Powstaje zatem pytanie - gdzie „zniknęła” antymateria i dlaczego istnieje Wszechświat.
Dziś naukowcy próbują znaleźć odpowiedź na to pytanie na dwa sposoby - symulując warunki, które istniały podczas Wielkiego Wybuchu, w tym za pomocą akceleratorów cząstek, a także porównując podstawowe właściwości materii i antymaterii. W ciągu ostatnich 50 lat nie stwierdzono znaczących różnic w ich właściwościach, dlatego wielu fizyków zaczęło szukać egzotycznych odpowiedzi na zagadkę znikania antymaterii w procesie ekspansji Wszechświata oraz we właściwościach „boskiej cząstki”, bozonu Higgsa.
Nicola Neri z Uniwersytetu w Mediolanie (Włochy) i jego koledzy ze współpracy LHCb, w tym dziesiątki rosyjskich fizyków, twierdzą, że możliwe jest odkrycie takich różnic w zachowaniu się materii i antymaterii w danych zebranych przez instrument LHCb podczas pierwszego sezonu Wielkiego Zderzacza Hadronów po ponownym uruchomieniu w maju 2015.
Uwagę naukowców zwróciły osobliwości rozpadu tak zwanych barionów lambda - cząstek superciężkich składających się z dwóch kwarków lekkich i jednego ciężkiego. W niektórych rzadkich przypadkach cząstki te rozpadają się na cztery części - trzy mezony pi i jeden proton, aw innych, jeszcze rzadszych przypadkach - na dwa kaony, mezon pi i proton.
Natura i częstotliwość tych rozpadów, jak zauważają naukowcy, powinny być w przybliżeniu takie same dla cząstek i antycząstek, jednak dane eksperymentalne z LHC pokazują, że „wzór” ruchu produktów rozpadu w niektórych przypadkach różni się o 10–20% od ogólnie przyjętego obrazu Standardowego Modelu fizyki w tych przypadki, w których rozpadały się bariony anty-lambda. Ta asymetria, zdaniem fizyków, wskazuje na podobną asymetrię wytrzymałości we właściwościach cząstek biorących udział w procesie rozpadu.
Jak dotąd obserwacja ta nie jest odkryciem - fizykom udało się zarejestrować tylko sześć tysięcy przypadków rozpadu barionów lambda według tych scenariuszy, a poziom ufności tego odkrycia wynosi 3,3 sigma (0,1% prawdopodobieństwa przypadku lub błędu pomiaru). W fizyce cząstek elementarnych tylko te obserwacje, które osiągają poziom ufności 5 sigma, są uznawane za odkrycie, dlatego jak dotąd obliczenia Neri i jego współpracowników są jedynie poważną wskazówką dotyczącą odkrycia.
Z drugiej strony, jak podaje czasopismo Symmetry, naukowcy obiecują wkrótce opublikować zaktualizowane wyniki pomiarów, zbudowane z uwzględnieniem danych, które LHCb i cały Wielki Zderzacz Hadronów przeprowadzili od stycznia do listopada ubiegłego roku. Jeśli te wstępne dane zostaną potwierdzone, będzie można powiedzieć, że naukowcy są naprawdę blisko rozwiązania jednej z głównych tajemnic Wszechświata, związanej z istnieniem w szczególności ludzkości i całej materii w ogóle.
Film promocyjny:
„Udowodniliśmy, że jesteśmy u progu niesamowitych odkryć. Nasz detektor jest tak czuły, że możemy teraz rozpocząć systematyczne poszukiwanie asymetrii materii i antymaterii w innych ciężkich barionach. Nasze możliwości poszerzą się jeszcze bardziej wraz z aktualizacją detektora w 2018 roku”- podsumowuje Neri.