Ученые CERN обнаружили ключевое различие между материей и антиматерией
Физики из CERN сделали важный шаг к пониманию того, почему Вселенная не исчезла в результате аннигиляции материи и антиматерии. В ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) ученые обнаружили асимметрию между частицами материи и антиматерии, известную как нарушение CP-инвариантности.
Ранее этот эффект наблюдался только у мезонов, но теперь впервые зафиксирован у барионов — частиц, из которых состоит большая часть видимой материи во Вселенной.
«Это показывает, что тонкие различия между материей и антиматерией существуют у более широкого круга частиц, а значит, фундаментальные законы физики работают с ними по-разному», — объяснила Сюэтин Янг, физик CERN и ведущий автор исследования.
Чтобы сделать это открытие, ученые проанализировали около 80 000 случаев распада частиц, зафиксированных на БАК в период с 2011 по 2018 год. Они сосредоточились на лямбда-b-барионах (Λb) и их античастицах, сравнивая характер их распада. Если бы CP-симметрия сохранялась, частицы и античастицы распадались бы одинаково, но с зеркальной разницей. Однако эксперимент выявил относительную разницу в 2,5%.
«Это может показаться небольшим значением, но статистическая значимость результата достаточна, чтобы утверждать: Λb и анти-Λb распадаются неодинаково, что подтверждает нарушение CP-инвариантности у барионов», — отметила Янг.
Результат достиг статистической значимости в 5,2 сигма, что означает вероятность случайного отклонения всего 1 на 10 миллионов.
Почему это важно?
Согласно теории, Большой взрыв должен был создать равное количество материи и антиматерии, которые затем аннигилировали бы, оставив Вселенную пустой. Однако этого не произошло — значит, какой-то неизвестный фактор привел к небольшому преобладанию материи.
CP-нарушение — одно из возможных объяснений этой асимметрии. Хотя Стандартная модель физики частиц предсказывает его существование, наблюдаемый уровень слишком мал, чтобы полностью объяснить дисбаланс.
«Нарушение CP-инвариантности — необходимое условие для объяснения асимметрии материи и антиматерии, но его масштабы в природе должны быть гораздо больше, чем предсказывает Стандартная модель», — говорит Янг. «Это указывает на существование новой физики за ее пределами».
Хотя новое открытие соответствует предсказаниям Стандартной модели, оно открывает путь к дальнейшим исследованиям. Ученые надеются, что изучение CP-нарушения у барионов поможет обнаружить новые физические законы.
Исследование опубликовано в журнале .