Впервые в истории физики крупнейшего в мире атомера-разрушителя наблюдали различия в распаде частиц и античастиц, содержащих основной строительный блок вещества, называемый кварком очарования.
Открытие может помочь объяснить загадку, почему материя вообще существует.
«Это историческая веха», - сказал Шелдон Стоун, профессор физики в Сиракузском университете и один из сотрудников нового исследования.
Материя и антивещество
Каждая частица материи имеет античастицу, которая идентична по массе, но с противоположным электрическим зарядом. Когда материя и антивещество встречаются, они уничтожают друг друга. Это проблема. Большой взрыв должен был создать эквивалентное количество вещества и антивещества, и все эти частицы должны были быстро уничтожить друг друга, не оставляя ничего, кроме чистой энергии.
Понятие о нарушении СР пришло от русского физика Андрея Сахарова, который предложил его в 1967 году в качестве объяснения того, почему материя пережила Большой взрыв.
«Это один из критериев, необходимых для того, чтобы мы существовали, - сказал Стоун, - поэтому очень важно понять причину нарушения CP».
Существует шесть различных типов кварков, каждый со своими собственными свойствами: вверх и вниз, сверху и снизу, шарм и странность. В 1964 году физики впервые наблюдали нарушение СР в реальной жизни в странных кварках. В 2001 году они увидели, что это произошло с частицами, содержащими нижние кварки. (Оба открытия привели к Нобелевским премиям для вовлеченных исследователей.) Физики долго предполагали, что это произошло с частицами, содержащими кварки очарования, но никто никогда не видел это.
Очарован, я уверен
Стоун является одним из исследователей эксперимента по красоте Большого адронного коллайдера (LHC), в котором используется Большой адронный коллайдер CERN, 16,5-мильное (27-километровое) кольцо на французско-швейцарской границе, которое посылает субатомные частицы, уходящие друг в друга, чтобы заново создать вспышки ошеломляющей энергии, которая последовала за Большим взрывом. По мере того как частицы врезаются друг в друга, они распадаются на составляющие их части, которые затем распадаются за доли секунды до более стабильных частиц.
Последние наблюдения включали комбинации кварков, называемых мезонами, в частности, мезон D0 ("d-zero") и мезон анти-D0. Мезон D0 составлен из одного кварка очарования и одного кварка против повышения (античастица восходящего кварка). Анти-D0-мезон представляет собой комбинацию одного антикармового кварка и одного кварка up.
Оба этих мезона разлагаются разными способами, но некоторый небольшой процент из них превращается в мезоны, называемые каонами или пионами. Исследователи измерили разницу в скоростях распада между мезонами D0 и анти-D0, процесс, который включал в себя проведение косвенных измерений, чтобы убедиться, что они не просто измеряли разницу в первоначальной продукции двух мезонов, или различия в том, насколько хорошо их оборудование может обнаружить различные субатомные частицы.
Нижняя линия? Отношения распада отличались на одну десятую процента.
«Это означает, что D0 и анти-D0 не распадаются с одинаковой скоростью, и это то, что мы называем нарушением CP», - сказал Стоун.
И это делает вещи интересными. Стоун сказал, что различия в распадах, вероятно, недостаточно велики, чтобы объяснить, что произошло после Большого взрыва, чтобы оставить после себя столько материи, хотя и достаточно велико, чтобы удивлять. Но теперь, по его словам, теоретики физики получают свою очередь с данными.
Физики полагаются на то, что называется Стандартной моделью, чтобы объяснить, ну, в общем, все на субатомном уровне. Теперь вопрос, сказал Стоун, заключается в том, могут ли предсказания, сделанные Стандартной моделью, объяснить измерение кварка очарования, которое только что сделала команда, или потребуется какая-то новая физика - что, по словам Стоуна, было бы самым захватывающим результатом.
«Если бы это могло быть объяснено только новой физикой, эта новая физика могла бы содержать идею о том, откуда происходит это нарушение СР», - сказал он.
Исследователи объявили об обнаружении в веб-трансляции CERN и опубликовали препринт статьи с подробными результатами онлайн.
- Это что? Ответы на ваши вопросы по физике
- 18 самых больших неразгаданных тайн в физике
- Фотографии: самый большой в мире атомный сокрушитель (LHC)
