ЦЕРН добивается прогресса в понимании того, почему во Вселенной материи больше, чем антиматерии.

Космологические модели предполагают, что во время Большого взрыва образовалось равное количество материи и антиматерии , но теперь первая, по-видимому, доминирует во Вселенной. Новый экспериментальный результат открывает новые возможности для понимания этого дисбаланса.

Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН) проводит эксперимент LHCb, в рамках которого, помимо прочих явлений, исследуются тонкие различия между материей и антиматерией , и опубликовала новое исследование в журнале Nature .

В новом результате этого эксперимента, проведённого на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе (Швейцария), была обнаружена асимметрия между материей и антиматерией. Новизна заключается в том, что она была обнаружена в субатомной частице, называемой барионом (нейтроны и протоны относятся к барионам), которая составляет большую часть материи в наблюдаемой Вселенной.

Коллаборация LHCb, в которой участвуют более 1800 участников из учреждений в 24 странах, представляет результаты, которые знаменуют собой новый этап в понимании тонких, но глубоких различий между материей и антиматерией.

Мария Виейтес, заместитель координатора по физике в LHCb, объяснила изданию EFE, что в Большом взрыве материя и антиматерия были созданы в равных пропорциях, согласно наиболее общепринятой теории, и оба эти фактора находились в таком равновесии, которое не позволило бы сформировать известную нам Вселенную.

Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает существование некоторых различий между материей и антиматерией, «без которых мы не смогли бы объяснить, почему мы здесь». Определённая асимметрия очень мала и «недостаточна для объяснения подавляющего доминирования материи».

Асимметрия, наблюдаемая в настоящее время в барионах, является примером эффекта, известного как нарушение симметрии зарядовой чётности (CP). Это означает, что явления происходят одинаково, если частицы превращаются в соответствующие им античастицы. Считается, что дисбаланс между количествами материи и антиматерии обусловлен различиями в их поведении, то есть нарушением симметрии зарядовой чётности.

Этот эффект уже был предсказан Стандартной моделью , и в 1960-х годах он наблюдался в мезонах — типе субатомных частиц, состоящих из кварка и антикварка.

Однако в барионах, которые состоят из трех кварков, были замечены лишь намеки на это явление, правда, без экспериментального подтверждения до сих пор.

Это открытие открывает новые пути для объяснения расположения элементарных частиц, из которых состоит материя в Стандартной модели физики элементарных частиц, и для понимания того, почему материя, по-видимому, преобладала над антиматерией после Большого взрыва.

Хотя это нарушение CP-симметрии было ожидаемым и само по себе не устраняет дисбаланс материи и антиматерии, экспериментальное раскрытие его деталей дает важные подсказки, открывая возможности для новых теоретических и экспериментальных исследований его природы, говорят исследователи.

Эти результаты могут проложить путь к поиску физики за пределами Стандартной модели, которая на данный момент предлагает наиболее полную структуру для объяснения Вселенной, какой мы ее знаем, и ее основных компонентов .

«Это очень эффективная теория, но мы знаем, что она неполна», например, в случае материи и антиматерии, сказал Виейтес, автор исследования и исследователь из Галисийского института физики высоких энергий при Университете Сантьяго-де-Компостела.

Эта работа также важна для научного сообщества благодаря возможности измерения и анализа данных. Разница между материей и антиматерией в барионах «настолько мала, что её необходимо измерить с большой точностью; в этом и заключается суть проблемы — в возможности проведения столь точного анализа ».

Исследование проводилось с использованием миллионов точек данных, собранных в период с 2011 по 2018 год, из которых в конечном итоге было отобрано около 80 000, сообщил Виейтес, добавив, что LHCb, эксперимент, используемый для этого исследования, представляет собой машину размером 20 метров в длину, 6 метров в высоту и 8 метров в ширину, что эквивалентно объему двухэтажного здания.