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.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*