Физиците уловиха, че подобни на призраци частици нарушават симетрията с техните близнаци от антиматерия

Детектор за неутрино Super Kamiokande. (Обсерватория Камиока/ICRR/Токийски университет)

Всички сме тук само защото реалността е несъвършено отражение на себе си. Благодарение на недостатък в симетрията на природата, имаше много материал, който да се натрупа в милиардите галактики, които сега виждаме във Вселената.

Данни за почти десетилетие, произведени от Токай до Камиока (T2K) Експериментът по физика на елементарните частици в Япония предостави най-силното доказателство досега за дисбаланс, който може да помогне да се обясни защо материята не е изчезнала моменти след като е била създадена за първи път.

Проучването търси значителни разлики в това как се наричат ​​почти безмасовите частици неутрино променят формата си в сравнение с тяхната „огледална“ частица, антинеутриното.

По ирония на съдбата неутриното са толкова малки, че дори не съществуват, преминавайки покрай повечето други частици без пауза. Но това, което им липсва в сила, те компенсират с чисти числа, като милиард пъти по-често отколкото частиците, които се установяват заедно, за да образуват атоми.

Всъщност това е изобилието от неутрино, смесено с тяхното странно поведение на превключващи свойства – описвани като променящи се вкусове – което привлича физиците, търсещи обясненияза всичко от тъмната материякъм анвидим дисбалансвъв видовете частици, които виждаме около нас.

Когато Вселената все още беше гореща бъркотия, опакована в малко (но разширяващо се) пространство, кондензацията на енергия в частици трябваше да доведе до Ноев ковчег от двойки частици с противоположни свойства.

Това означава, че отрицателно заредените електрони са се появили заедно с положително заредените антиматерия близнаци, наречени позитрони. Тъй като материята, комбинирана с антиматерията, се компенсира в облака радиация, пространството не трябва да е пълно с нищо по-съществено от вълни от светлина.

Очевидно това не е така. Поне не изцяло. Достатъчно частици материя останаха наоколо, за да създадат в крайна сметка неща като звезди, комети, вомбати и кламери.

„Еднакви количества материя и антиматерия са били създадени в ранната Вселена, така че важен въпрос в космологията е как стигнахме до Вселената, която виждаме днес, която е доминирана от материя“, каза експерименталният физик на елементарните частици Линдзи Бигнел от ANU в Австралия пред Energyeffic .

Бигнел не е бил част от проучването, но знае нещо или две за ролята на неутриното при потенциалното обяснение на този странен дисбаланс.

„Все още нямаме пълната картина как се е случило това, но знаем, че нарушаването на CP е необходима съставка“, казва Бигнел.

CP означава размяна на заряда и паритет, отнасящи се до промени в частиците, които се случват в противоположност. Например, положителните заряди се обръщат към отрицателни, когато частиците станат античастици. Що се отнася до паритета, това е промяна в координатите, не по-различно от това, че лявата ви ръка е огледално съответствие с дясната.

Обръщането на заряди и паритети в една система не трябва да променя начина, по който работи физиката, така че бихме казали, че се подчинява CP симетрия . Ако намерихме разлика, бихме казали, че CP симетрията е нарушена.

Ако това прекъсване на симетрията беше достатъчно голямо за правилните частици в началото на Вселената, то просто можеше да има допълнителен ефект, който да ни остави с частици. Това също не трябва да е много – трябва да останат само няколко частици за всеки 10 милиарда произведени фотона.

Едно такова нарушение вече беше установено по-рано през 1964г , когато двама американски физици индиректно го забелязаха сред статистиките за рядък тип разпад в снопове от кварки, наречени каони.

Въпреки че беше забележително откритие, мащабът на тази конкретна форма на нарушение се оказа далеч от достатъчно голям, за да обясни дисбаланса в материята, който виждаме днес.

Оттогава редица физици възлагат надеждите си за значително нарушение на CP симетрията на други класове частици - като тази, съдържаща електрони и неутрино.

„Един от начините, по които можем да заключим съществуването на нарушения на CP в тази система, е да измерим моделите на трептене за неутрино и антинеутрино“, казва Бигнел.

„Ако CP е нарушен, те ще се различават. Това е, което направи сътрудничеството на T2K.

Изследователи от детектора Super Kamiokande поддържаха измерване на тези колебания в неутрино, след като частиците бяха пътували от японския изследователски комплекс за протонен ускорител на почти 300 километра (около 180 мили).

След това резултатите от девет години бяха сравнени с модели, описващи как частиците трябва да се променят на това разстояние.

Масата от данни в това изследване означава, че можем да бъдем по-сигурни от всякога, че нарушаването на тази толкова важна симетрия е това, което стои зад наблюдавания модел при осцилиране неутрино вкусове.

„Този ​​документ от сътрудничеството на T2K представлява изключително техническо постижение и има важен принос към този въпрос“, казва Бигнел.

Все още сме далеч от окончателния отговор на въпроса защо материята съществува така, както съществува, и ще трябва да изчакаме бъдещи експерименти, за да определим дали това конкретно нарушение ще помогне да го обясним. Ако не, може да се наложи да изчакаме напълно нова физика.

Това изследване е публикувано в Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.