Фізики з ЦЕРН, що працюють на Великому адронному колайдері, наблизились до відповіді, чому матерії виявилось більше у ранньому Всесвіті, ніж антиматерії.

Зазначається, що зроблене на колайдері відкриття продемонструвало, що елементарна частинка з надзвичайно коротким терміном існування — лямбда-баріон розпадається з іншою швидкістю, ніж аналогічна античастинка. Це називається порушенням CP-інваріантностінезмінність фізичних законів щодо комбінації операцій зарядового спряження та зміни напрямку координатних осей. CP-інваріантність зберігається в сильній взаємодії, але не зберігається в слабкій взаємодії.Оскільки CPT-інваріантність, що виводиться із принципів відносності та близькодії, завжди справедлива, то порушення CP-інваріантності означає порушення T-симетрії, тобто неоднаковість фізичних законів при зміні напрямку плину часу.

Це порушення може по’яснювати, чому матерія могла домінувати над антиматерією у ранішньому Всесвіті, адже в інакшому випадку Всесвіт був би пустим. Між тим, передбачена Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, кількість порушень CP-інваріантності занадто мала, щоб пояснити таку кількість стандартної матерії у Всесвіті.

До цього порушення CP-інваріантності спостерігалось лише у частинках, що складаються с пар кварк-антикварк, та звуться мезонами. Це порушення не спостерігали у баріонах, що складаються з трьох кварків, зокрема, протонів та нейтронів, які складають більшу частину баріонної матерії у Всесвіті. Відкриття змінює уявлення фізиків і прокладає їм шлях до пошуків того, що лежить за межами Стандартної моделі фізики елементарних частинок.

Стандартна космологічна модель передбачає, що після Великого вибуху Всесвіт представляв собою заповнений гарячою плазмою простір з частинок матерії та антиматерії. Вони виникали і під час взаємодії знищували одна одну. На думку науковців, саме порушення CP-інваріантності під час розпаду частинок в умовах слабкої взаємодії призвело до того, що на початку у Всесвіті утворилось значно більше матерії, ніж антиматерії.

Дослідники проаналізували велику кількість даних за результатами експериментів на колайдері, проведених у період з 2009 по 2018 рік, і виявили переконливі докази того, що баріони піддаються дзеркальній асиметрії.

Науковці аналізували порушення CP-симетрії під час розпаду прекрасного лямбда-баріона, що складається з верхнього, нижнього та красивого кварків. Фізики підрахували розпади цієї частинки, а також розпади анти-прекрасного лямбда-баріона. Потім дослідники підрахували кількість спостережуваних розпадів кожної частинки і виявили різницю між ними. Їх аналіз показав, що різниця між числами розпаду прекрасного лямбда-баріона та антипрекрасного лямда-баріона склала 2,45% від нуля з похибкою близько 0,47%.

Фізики кажуть, що, зафіксувавши відкриття, вони шукатимуть ще більше порушень CP-симетрії, і зберуть додаткові дані про ключовий механізм, який, імовірно, дав змогу нашому Всесвіту існувати.

За словами вчених, величина порушення CP-симетрії, передбачена Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, на багато порядків менша, ніж необхідна для пояснення асиметрії матерії та антиматерії, яку можна спостерігати у Всесвіті. Це передбачає існування нових джерел порушення CP-симетрії, а отже, ймовірно, і нової фізики.

Вчені знайшли «зниклу» половину матерії Всесвіту

Джерело: LiveScience