Физики впервые наблюдали колебания частиц между материей и антивеществом

Согласно стандартной модели, после Большого взрыва материя и антиматерия были произведены в равных количествах. Однако сегодня мы наблюдаем Вселенную, состоящую в основном из материи. Это явление, известное как асимметрия материи-антиматерии, является одной из главных загадок современной физики. Недавно физики обнаружили, что составные частицы, называемые очарованными мезонами, могут колебаться между частицей и античастицей вдоль своей траектории. Это захватывающее открытие, которое, возможно, станет началом объяснения отсутствия антиматерии во Вселенной.

Уже более десяти лет ученые знают, что очарованные мезоны, субатомные частицы, содержащие кварк и антикварк, могут перемещаться в виде гибридизации своих состояний частицы и античастицы, что называется смешиванием. Однако новый результат впервые показывает, что они могут колебаться между этими двумя состояниями.

Вооружившись этими новыми доказательствами, исследователи могут попытаться решить некоторые из самых больших вопросов в физике о поведении частиц за пределами Стандартной модели. Один из них заключается в том, вызваны ли эти переходы неизвестными частицами, не предсказанными действующей теорией.

Очарованные мезоны: они колеблются между частицей и античастицей

В странном мире квантовой физики очарованный мезон может быть одновременно и самим собой, и своей античастицей. Это состояние, известное как квантовая суперпозиция, приводит к появлению двух частиц, каждая со своей массой - более тяжелой и более легкой версии частицы. Эта суперпозиция позволяет очарованному мезону осциллировать в свою античастицу и обратно.

Используя данные, собранные во время второго запуска БАК, исследователи из Оксфордского университета измерили разницу в массе между двумя частицами в 0,00000000000000000000000000000000000000000000000000001 грамм - или 1 x 10^-38 г. Измерение такой точности и определенности возможно только при многократном наблюдении явления, а это возможно только из-за большого количества очарованных мезонов, образующихся в столкновениях на БАК.

В Стандартной модели, теории, объясняющей физику частиц, существует только четыре типа частиц, которые могут превращаться в свою античастицу. Явление смешивания впервые наблюдалось в странных мезонах в 1960-х годах и в B-мезонах в 1980-х годах. До сих пор единственной другой из четырех частиц, которая осциллирует подобным образом, был странный B-мезон, измеренный в 2006 году.

Осцилляция очарованного мезона: ключевой параметр

Профессор Гай Уилкинсон из Оксфордского университета, чья группа участвовала в анализе, говорит: "Что делает это открытие осцилляции частицы очарованного мезона таким впечатляющим, так это то, что, в отличие от B-мезонов, осцилляция очень медленная и поэтому ее чрезвычайно трудно измерить за время, которое требуется мезону для распада. Этот результат показывает, что колебания настолько медленные, что подавляющее большинство частиц распадается до того, как у них появляется возможность колебаться. Однако мы можем подтвердить, что это открытие, поскольку LHCb собрал достаточно данных".