Вопрос о том, почему вся обозримая Вселенная состоит из обычной материи, а не антиматерии, является одним из фундаментальных вопросов, волнующих ученых-астрофизиков уже в течение многих десятилетий. И результаты экспериментов, проведенных на Большом Адроном Коллайдере (БАК) содержат некоторые новые подсказки относительно загадки асимметрии отношения количества вещества-антивещества во Вселенной.
Во время столкновений лучей высокоэнергетических протонов, которые проводились на коллайдере в 2011 году, оборудование эксперимента LHCb регистрировало рождение и последующий распад мезонов BOs, адронных субатомных частиц, состоящих из одного кварка и одного антикварка. Наблюдая за процессами распада мезонов BOs, физикам удалось идентифицировать продукты этого распада. Проведя анализ данных, полученных во время огромного количества столкновений протон-протон и распада мезонов BOs, физики обнаружили, что в результате этих процессов получалось гораздо больше частиц обычной материи, нежели частиц антиматерии.
«Открытие асимметрии распада мезонов BOs идет со значением достоверности более 5 сигм, что стало возможным благодаря огромному объему данных, собранных датчиками эксперимента LHCb, способным достоверно идентифицировать частицы» — рассказал Пьерлуиджи Кампана (Pierluigi Campana), ученый CERN, работающий в рамках эксперимента LHCb, — «Эксперименты, проводимые в других местах и на других научных установках, не позволяли накопить данные о достаточно большом количестве распадов мезонов BOs чтобы сделанное открытие достигло уровня достоверности в 5 сигма».
Нарушение баланса распада частиц в одну или другую сторону называется учеными нарушением CP-инвариантности. Законы физики определяют, что при распаде частиц должно рождаться одинаковое количество частиц материи и антиматерии, что называется CP-симметрией. Но в рамках Стандартной Модели физики элементарных частиц существуют исключения, определяющие нарушение CP-симметрии.
Первые нарушения CP-симметрии были зарегистрированы в 1960-х годах при распаде нейтральных частиц, каонов. С того времени подобные нарушения были обнаружены американскими и японскими исследователями и для других частиц, в том числе и BO-мезонов. Не так давно эксперимент LHCb продемонстрировал нарушения CP-симметрии в отношении B+ мезонов и, теперь, для BOs-мезонов.
Ученые уверены, что в момент Большого Взрыва во Вселенной образовалось равное количество материи и антиматерии. Затем практически вся антиматерия или была разрушена или исчезла в результате неизвестных ныне взаимодействиях с обычной материей, что позволило Вселенной сформироваться в том виде, в котором мы ее наблюдаем сегодня. К счастью, или к сожалению, дисбаланс между количеством материи и антиматерии нельзя объяснить на счет существования нарушения CP-симметрии распада частиц, этот эффект хоть и имеет место быть, но его значение является не очень большим. Как бы там ни было, но само существование эффекта нарушения CP-симметрии является одной из подсказок ученым, почему природа нашей Вселенной предпочла обычную материю антиматерии.
«Нам известно, что результаты влияния эффектов нарушения CP-симметрии, описанные Стандартной Моделью, весьма невелики. Их нельзя использовать в качестве объяснения тому, почему во Вселенной доминирует обычная материя» — рассказывают ученые CERN, — «Однако, изучая эффекты нарушения CP-симметрии мы ищем недостающие части загадки, разгадка которой может стать серьезной проверкой существующих физических теорий и, вероятно, может открыть существование законов физики, выходящих за рамки Стандартной Модели».
Группа ученых CERN, работающих в рамках эксперимента LHCb, опубликует полные результаты своих исследований и отчеты в самом ближайшем времени на страницах онлайн-издания Physical Review Letters.
Источник:
