Fizycy od dawna zastanawiają się nad naruszeniem połączonego parzystości w rozpadzie niektórych cząstek. Angielski fizyk teoretyczny Mark Hadley wysuwa bardzo ekstrawagancką hipotezę wyjaśniającą przyczyny tego zjawiska: jego zdaniem znaleźliśmy się w złym miejscu.
Według fizyka Marka Hadleya to właśnie te cząstki i antycząstki (neutralne mezony K, B i D) są najbardziej wrażliwe na pole intragalaktyczne, w którego rozpadach nie zachowuje się nawet połączona parzystość.
Aż do połowy ubiegłego wieku teoretycy zakładali, a eksperymentatorzy gwarantowali, że absolutnie wszystkie transformacje cząstek elementarnych są niezmienne względem symetrii lustrzanej. Oznacza to, że jakikolwiek proces z ich udziałem nie zmieni się od odbicia w płaskim lustrze, bez względu na to, jak znajduje się w przestrzeni, lub, co jest tym samym, od zastąpienia prawej strony lewym, a lewej prawej. Fizycy nazywają to zachowaniem parzystości niezmienności. Wydaje się to oczywiste i naturalne, ponieważ rozróżnienie między prawą a lewą wydaje się być całkowicie arbitralne. Spośród czterech podstawowych interakcji - grawitacyjnych, elektromagnetycznych, silnych i słabych - pierwsze trzy są rzeczywiście zgodne z prawem zachowania parzystości i to całkowicie i bez wyjątków. Jednak w słabych interakcjach (na przykładw procesach rozpadu beta jąder atomowych) parzystość nie jest zachowana. Można powiedzieć, że przemiany cząstek, kontrolowane przez oddziaływanie słabe, reagują na różnicę między prawą a lewą. Ta cecha została przewidziana teoretycznie w 1956 roku i wkrótce została potwierdzona eksperymentalnie.
Napra … nale … in
Brak zachowania parzystości w oddziaływaniach słabych dosłownie spadł na głowy fizyków i był postrzegany jako nieprzyjemny paradoks. Teoretycy natychmiast zasugerowali, że symetria między lewą a prawą stroną wciąż istnieje, ale nie objawia się jako „czołowa”, jak wcześniej sądzono. Kilka lat przed odkryciem braku zachowania parzystości kilku fizyków wysunęło hipotezę, że lustrzane odbicie dowolnej cząstki może być jej antycząstką. Pomysł ten sugerował, że prawo zachowania parytetu można uratować, wymagając, aby odbiciu lustrzanemu towarzyszyło przejście do antycząstek. Jednak nawet ta sztuczka nie pomogła. Już w 1964 roku amerykańscy badacze James Cronin i Val Fitch w eksperymentach przeprowadzonych na synchrotronie o zmiennym gradiencie w Brookhaven National Laboratory wykazaliże długowieczne neutralne mezony K rozpadają się przy słabym niezachowaniu takiego uogólnionego (jak mówią fizycy, połączonego) parzystości. Za to odkrycie w 1980 roku otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. W 2001 roku eksperymenty BaBar w Stanford Linear Accelerator (SLAC) i Belle w japońskim akceleratorze Instytutu Wysokich Energii (KEK) dowiodły, że połączony parzystość nie jest również zachowywany w rozpadach neutralnych mezonów D i mezonów B.że w rozpadach neutralnych mezonów D i mezonów B połączony parzystość również nie jest zachowany.że w rozpadach neutralnych mezonów D i mezonów B połączony parzystość również nie jest zachowany.
Film promocyjny:
Inwersja CP w fizyce nazywana jest równoczesną inwersją koniugacji ładunku (oznaczoną literą C, ładunek), która zamienia cząstkę w antycząstkę, oraz odwróceniem parzystości (P, parzystość), która odzwierciedla cząstkę, zamieniając „prawą” i „lewą”. Oddziaływania silne i elektromagnetyczne są symetryczne w stosunku do inwersji CP (jak mówią fizycy, niezmienne), ale oddziaływanie słabe nie jest, co obserwuje się w niektórych procesach rozpadu. W szczególności neutralne kaony (mezony K składające się z s-antykwarka i d- lub u-kwarka) oscylują, to znaczy zamieniają się w antycząstki i odwrotnie. Prawdopodobieństwa konwersji w kierunku do przodu i do tyłu nie są równe, co pośrednio wskazuje na naruszenie symetrii CP.
Złe miejsce
Zgodnie ze standardową teorią cząstek elementarnych brak zachowania parzystości jest podstawową właściwością oddziaływań słabych. Właśnie temu sprzeciwia się fizyk Mark Hadley z British University of Warwick. Przyznaje, że słaba interakcja zachowuje parzystość, ale tego nie zauważamy, ponieważ … jesteśmy w niewłaściwym miejscu we Wszechświecie. Ziemia obraca się wokół Słońca, które wraz z innymi gwiazdami porusza się po środku naszej Galaktyki. Oba ruchy porywają czasoprzestrzeń, zniekształcając jej metryki. Korekty spowodowane rotacją orbity Ziemi są pomijalne, czego nie można powiedzieć o rotacji galaktycznej, w której uczestniczą setki miliardów gwiazd. Tworzy dedykowany kierunek w przestrzeni - dokładnie w kierunku, w którym wygląda wektor galaktycznego momentu pędu. Dlatego przestrzeń intragalaktyczna nie ma lustrzanej symetrii, więc nie jest zobligowana do obserwacji przemiany cząstek elementarnych.
Hadley uważa, że porywanie czasoprzestrzeni spowodowane obrotem Galaktyki tworzy coś w rodzaju pola siłowego, które wpływa na cząstki i antycząstki w różny sposób. Ale wpływ nie objawia się powszechnie, ale zależy od rodzaju cząstek i procesów, w których uczestniczą. Według Hadleya pole wewnątrzagalaktyczne jest najsilniej odczuwalne przez te cząstki, w których rozpadach nie zachowuje się nawet połączona parzystość.
Orient przez galaktykę
Z hipotezy Hadleya wynika, że wyniki eksperymentów zaprojektowanych w celu sprawdzenia zachowania parzystości zależą od tego, gdzie te eksperymenty są wykonywane. W małej galaktyce sferycznej o niskim pędzie kątowym parzystość byłaby znacznie lepsza niż na Ziemi, a gdzieś w pustej przestrzeni kosmicznej żadne lustrzane odbicia niczego nie zmieniły. Zgodnie z tą samą logiką, prawo zachowania parzystości po prostu pękłoby w szwach w pobliżu szybko obracających się gwiazd neutronowych. Taki jest relatywizm spowodowany wpływem efektów grawitacyjnych na przemiany cząstek elementarnych.
Hadley uważa, że efekt ten można przetestować na Ziemi już teraz. Aby to zrobić, należy sprawdzić, czy charakter naruszenia parzystości nie zmienia się w zależności od kierunku rozpraszania cząstek względem wektora rotacji galaktyki. Hadley przyznaje nawet, że wystarczy do tego analiza danych zgromadzonych już w eksperymentach na akceleratorach. A jeśli efekt zostanie potwierdzony, całkiem możliwe, że na rysunkach akceleratorów przyszłości znajdą się nie tylko współrzędne ziemskie, ale także galaktyczne.
Alexey Levin