В ЦЕРН са открили още един ключ към разгадаване тайната на изчезналата във Вселената антиматерия
Една от най-големите загадки във физиката е изчезналата антиматерия във Вселената. Всички частици, участващи в материята около нас, като протоните и електроните, имат своята версия на антиматерия, които са почти идентични, но с огледални свойства, такива като противоположния заряд. Когато антиматерията и частицата от материята се срещат, те анихилират във вид на енергия. Ако антиматерията и материята са действително идентични, те би трябвало да са огледални копия една на друга и да бъдат произведени в равни количества по време на Големия взрив. Проблемът е там, че по този начин всичко би изчезнало. Но днес във Вселената ние наблюдаваме материя , а антиматерия почти не е останала и тя се появява само при някои радиоактивни разпади и в малка част от космическите лъчи.
Какво се е случило с нея? Използвайки експеримента LHCb (Large Hadron Collider beauty), специализиран в откриването на малките разлики между материята и антиматерията, учените са открили нов начин за проявата на тази разлика.
Съществуването на антиматерията е било предсказано през 1928 от уравнението на Пол Дирак, описващо движението на електроните. Отначало е било неясно, дали това е просто математическo доказателство или описание на реален процес.
През 1932 година Карл Андерсон при изучаването на космическите лъчи е открил антиматерия, представляваща партньора на електрона, а именно позитрона. През следващите няколко десетилетия физиците са открили , че всички частици на материята си имат свои партньори от антиматерия.
Учените смятат, че в много горещо и плътно състояние, много скоро след Големия взрив е трябвало да протекат процеси, при които се е произвела повече материя, отколкото антиматерия. Това е създало малък излишък от материя и когато Вселената е започнала да изстива тази антиматерия или се е разрушила, или анихилирала с равно количество материя, като е останал именно този излишък от материя, който представлява материята, която виждаме сега във Вселената.
Засега не е ясно, какви точно процеси са довели до появата на този излишък, като физиците от десетилетия се стремят да намерят обяснение за това.
Поведението на кварките, които са фундаменталните строителни блокове на материята заедно с лептоните, може да пролее светлина за разликата между материята и антиматерията. Кварките са различни видове и са известни като горен, долен, чаровен, странен, дънен и топ, като на тези шест съответстват шест антикварка.
Горните и долните кварки са тези, които образуват протоните и неутроните в ядрата на обичайната материя, а другите кварки се образуват в резултат на процеси с висока енергия, например при сблъсък на частици в ускорители, такива като Големия адронен колайдер в ЦЕРН.
Частиците, състоящи се от кварк и антикварк, се наричат мезони. Съществуват четири неутрални мезона (B0S, B0, D0 и K0), които демонстрират изключително интересно поведение. Те могат спонтанно да се превръщат в своя партньор-античастица, а след това обратно. Това явление за пръв път е било открито през 1960 година.
Тъй като те са нестабилни, те в определен момент на своето колебание се „разпадат“ на други стабилни частици. Този разпад за мезоните протича малко по-различно, отколкото за антимезоните, което в съчетание с оксилацията означава, че скоростта на разпадане се променя с времето.
Правилата на колебания и разпади са описани в теоретичната структура, наречена механизъм на Кабибо-Кобаяши-Маскава (СКМ). Той предсказва, че има разлики в поведението на материята и антиматерията, но те са твърде малки, за да са създали излишъка от материя в ранната Вселена, необходим за обяснението на изобилието от материя, която наблюдаваме понастоящем.
Това показва, че ние все още нямаме пълно разбиране за това явление и изучаването на тази тема може да постави под съмнение някои от най-фундаменталните теории във физиката.
Нова физика?
Неотдавна в LHCb са били изследвани неутрални BOS-мезони и тяхното разпадане на двойка заредени К-мезони. BOS-мезони са били създадени чрез сблъсъци на протони с други протони в Големия адронен колайдер, където те се колебаели в своя антимезон и са се връщали обратно три трилиона пъти в секунда. Сблъсъците са създали също и анти BOS-мезони, които са се колебаели по същия начин, създавайки образци на мезони и антимезони, които е можело да бъдат сравнени.
По време на експеримента са били пресметнати броя разпади в двата набора от данни и след това е било сравнено как разликата между тях се променя в зависимост от развитието на колебанията. Наблюдавала се малка разлика, като повече разпади са се случили за BOS-мезоните. За пръв път за BOS-мезони било забелязано, че разликата в разпадането или антисиметрията, се е променяла в зависимост от колебанията между BOS-мезона и антимезона.
Освен, че това е поредната важна крачка в изучаването на разликата между материята и антиматерията, учените са успели да измерят и размера на антисиметрията. Това може да се пренесе в няколко параметра, лежащи в основата на сегашната теория.
Сравнението на резултатите с други проведени измервания ще осигури съгласуваност, дали приетата понастоящем теория е правилно описание на природата. Тъй като преобладаването на малко количество от материя, което се наблюдава в микроскопичен вариант, не може да обясни изобилието на материя, което ние наблюдаваме във Вселената, напълно вероятно е, че сегашното наше разбиране се явява само едно приближение към по-фундаментална теория.
Изследването на този механизъм от различни ъгли, за който знаем, че генерира асиметрия между материята и антиматерията, може да ни подскаже в какво се състои проблема. Изучаването на света в най-малките му мащаби е изключително добър шанс да разберем какво се случва в най-големия му мащаб.
