Куди зникла антиматерія у Всесвіті: експеримент на колайдері може дати відповідь

Фізики з ЦЕРН, де розташований Великий адронний колайдер (ВАК), провели новий аналіз результатів експерименту 10-річної давності, і це дослідження наблизило вчених до розуміння того, чому ми живемо в Усесвіті, що складається з матерії, а не антиматерії, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Згідно з нинішніми науковими уявленнями, матерія та антиматерія — це схоже на різні версії одного й того самого об'єкта. Наприклад, елементарні частки мають свій антипод – античастки. Згідно зі Стандартною моделлю фізики елементарних часток, якщо античастку замінити часткою, то вона все одно діятиме в межах відомих законів фізики таким же чином. Виходить, що під час створення Всесвіту мала зберігатися симетрія, тобто матерія та антиматерія повинні були з'явитися в рівних кількостях.

Але цього не сталося, і насправді це дуже добре для нас, адже коли зустрічаються матерія та антиматерія, вони знищують одна одну. Тому, якби була подібна симетрія, то в космосі не було б атомів і жодного життя, а лише випромінювання. Сьогодні єдина антиматерія — це те, що з'являється внаслідок розпаду і взаємодії звичайних часток.

Але вчені багато десятиліть намагаються зрозуміти, як так сталося, що в Усесвіті набагато більше матерії, ніж антиматерії. Це означає, що десь лінія симетрії того, як матерія та антиматерія взаємодіють із законами фізики, була порушена. Це порушення називають порушенням CP-інваріантності. Наразі вченим відомо, що порушення CP-інваріантності відбувається в разі слабкої взаємодії. Це одна з фундаментальних сил природи, яка відповідає за радіоактивний розпад усередині атомів.

10 років тому експеримент на ВАК показав, що порушення CP-інваріантності відбувається також під час розпаду мезонів, коли версії цих часток із матерії та антиматерії поводяться по-різному під час розпаду. Всі атоми складаються з протонів і нейтронів, а вони, зі свого боку. складаються з трьох елементарних часток, які називаються кварками. Частки, що скаладаються з трьох кварків, називаються баріонами, а якщо з двох — мезонами. І останні дуже швидко розпадаються.

Новий аналіз експерименту на ВАК 10-річної давності дозволив ученим точніше, ніж будь-коли раніше, виміряти два найважливіші параметри в порушенні CP-інваріантності під час розпаду мезонів.

Учені вивчили розпад сотень тисяч мезонів і проаналізували головні властивості цього процесу, які відрізняються залежно від того, чи є мезон часткою матерії або антиматерії. Як показує дослідження, мезони можуть коливатися між станом матерії та антиматерії, і водночас вони мають трохи різну масу. Це пов'язано з тим, що мезони є сумішшю своїх станів матерії та антиматерії, що дозволяє їм коливатися між цими станами.

Фізики змогли виміряти властивості розпаду мезонів із безпрецедентною точністю. Але розпад мезонів не дає повної відповіді, чому матерії в Усесвіті більше, ніж антиматерії. Водночас краще розуміння порушення CP-інваріантності, яке порушує симетрію та лежить в основі розпаду мезонів, допоможе обмежити моделі, які намагаються пояснити дивну асиметрію, яка діяла в фундаментальній силі природи на початку історії Всесвіту, що призвело до створення космосу з переважанням матерії, кажуть учені.

Нагадуємо, що деякі вчені припускають, що наша Земля, а можливо, і весь наш Усесвіт, перебувають усередині величезної чорної діри. Фокус уже писав про те, наскільки це можливо та як це могло статися.

Також Фокус писав про те, що вчені з ЦЕРН у результаті нового експерименту змогли спостерігати за розпадом такої частки як бозон Гіґґса.