Физики, возможно, разгадали одну из величайших загадок мироздания

Физики, возможно, разгадали одну из величайших загадок мироздания

Ученые из Европейского центра ядерных исследований нашли первые возможные отличия между материей и антиматерией. Эти отличия могут объяснить, почему в нашей Вселенной почти нет антиматерии.

В современной физике принято считать, что после Большого взрыва материя и антиматерия во Вселенной существовали в равных количествах. Однако сегодня Вселенная заполнена материей. Куда подевалась антиматерия? Почему вообще Вселенная существует, ведь теоретически материя и антиматерия должны были сразу же уничтожить друг друга?

Вопрос асимметрии материи и антиматерии неизменно присутствует в списке самых главных загадок современной науки. Больше того, это чуть ли не главная проблема так называемой Стандартной модели физики, которую нельзя считать всеобъемлющей, пока не будет дан ответ на вопрос о том, где вся Антиматерия.

И вот, похоже, серия экспериментов на Большом адронном коллайдере способна дать ответ на самый главный вопрос современной физики. Согласно результатам исследования, результаты которого были опубликованы в авторитетном журнале Nature, Вселенная предусмотрительно наделила материю и антиматерию способностью по-разному реагировать на законы физики. Или же — предусмотрела разные законы для материи и антиматерии.

Материя и антиматерия

Современная физика исходит из предположения о том, что каждой частичке обычной материи «противостоит» частичка антиматерии. Иными словами, на каждый отрицательно заряженный электрон, где-то существует позитивно заряженный. Каждому атому водорода соответствует атом антиводорода.

В том случае, если античастица столкнется с обычной частицей, они уничтожат друг друга, высвободив энергию в виде света.

Беда в том, что согласно Стандартной модели после Большого взрыва в зарождающейся Вселенной должно было образоваться одинаковой количество барионной (т.е. состоящей из элементарных частиц — протонов, нейтронов и т.д.) материи и барионной антиматерии.

Барионная материя преобладает во Вселенной и сегодня. А вот куда подевалась антиматерия?

На этот вопрос дает ответы исследование физиков из CERN, проведенное с помощью детектора LHCb.

Исследование позволило установить возможные различия между материей и антиматерией, и это дает представление о том, почему в современной Вселенной антиматерии почти нет.

Международная группа ученых во главе с итальянским физиком Никола Нери из Миланского университета, проанализировала данные, собранные детектором в ходе работ Большого адронного коллайдера в 2015 году.

Ученые обратили внимание на странности в распадах так называемых лямбда-барионов – сверхтяжелых частиц, состоящих из двух легких кварков и одного тяжелого кварка.

Выяснилось, что эти частицы иногда распадаются на четыре части – три пи-мезона и один протон, а иногда (но реже) – на два каона, пи-мезон и протон.

По идее, примерно такой же характер распадов должен наблюдаться и у античастиц, т. е. у анти-лямбда-барионов. Однако, данные наблюдений показывают, что статистика распадов античастиц не совпадает в среднем на 10-20%.

Говоря научным языком, нарушение CP-инвариантности в распадах барионов — самое значительное доселе найденное проявление асимметрии между материей и антиматерией среди частиц, состоящих из трех кварков.

CP-инвариантность предполагает комбинированную симметрию, т.е. зеркальные отражения в поведении частиц и античастиц. Нарушение этого порядка означает наличие в природе принципиальных различий между материей и антиматерией.

По словам Нери, зафиксировано более 6 тыс. случаев распада барионов по таким сценариям, а уровень достоверности наблюдений уже составляет 3,3 сигма (единицы стандартного отклонения). В физике элементарных частиц «открытием» называются те наблюдения, в которых уровень достоверности наблюдений достигает 5 сигма. Однако, полученный результат является серьезным намеком на то, что для антиматерии во Вселенной действуют несколько иные законы физики, чем для обычной материи.

На очереди — анализ наблюдений за экспериментами на Большом адронном коллайдере на протяжении 2016 года. Если ученые подтвердят уже имеющиеся данные, а вероятность этого очень высока, можно будет говорить об одном из величайших открытий в истории науки.

В частности, в Стандартную модель потребуется внести существенные коррективы, да и представления о материи и антиматерии и Вселенной в целом придется пересмотреть.

По словам Нери, работы на детекторе частиц продолжатся после его обновления в 2018 году. Это позволит анализировать асимметрию материи и антиматерии в других тяжелых барионах.

Как устроена Вселенная

Поиски ответа на вопрос об асимметрии материи и антиматерии ведутся уже полвека.

К разгадке шли двумя разными путями. Первый из них включал моделирование условий, существовавших во время Большого Взрыва на разнообразных ускорителях частиц. Второй путь подразумевал сравнения фундаментальных свойств материи и антиматерии.

Оба пути долгое время не давали результатов и не позволяли объяснить феномен «испарившейся антиматерии». В связи с этим многие физики стали искать ответы в экстравагантных теориях о расширении Вселенной и таинственных свойствах бозона Хиггса, который также называют частицей Бога.

Эксперимент группы Нери может быть ключом к другому объяснению феномена. Он дает основания предположить, что для материи и антиматерии законы физики действуют по-разному.

Результаты исследования нельзя назвать открытием пока они не подтверждены тщательными статистическими анализами, констатирует обозреватель Крис Ли, но они выглядят очень многобещающе.

Be the first to comment

Leave a Reply

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*