Po raz pierwszy fizycy z największej na świecie niszczyciela atomów zaobserwowali różnice w rozpadzie cząstek i antycząstek zawierających podstawowy budulec materii, zwany kwarkiem uroku.
Odkrycie może pomóc wyjaśnić tajemnicę, dlaczego materia w ogóle istnieje.
„To historyczny kamień milowy” - powiedział Sheldon Stone, profesor fizyki na Uniwersytecie Syracuse i jeden ze współpracowników przy nowych badaniach.
Materia i antymateria
Każda cząstka materii ma antycząstkę, która ma identyczną masę, ale ma przeciwny ładunek elektryczny. Kiedy materia i antymateria spotykają się, niszczą się nawzajem. To jest problem. Wielki Wybuch powinien wytworzyć równoważną ilość materii i antymaterii, a wszystkie te cząstki powinny się szybko zniszczyć, nie pozostawiając nic poza czystą energią.
Pojęcie naruszenia CP pochodzi od rosyjskiego fizyka Andrieja Sacharowa, który zaproponował to w 1967 roku jako wyjaśnienie, dlaczego materia przetrwała Wielki Wybuch.
„Jest to jedno z kryteriów koniecznych do istnienia”, powiedział Stone, „więc ważne jest, aby zrozumieć, jakie jest źródło naruszenia CP”.
Istnieje sześć różnych rodzajów kwarków, wszystkie z własnymi właściwościami: góra i dół, góra i dół oraz urok i dziwność. W 1964 r. Fizycy po raz pierwszy zaobserwowali naruszenie CP w prawdziwym życiu w dziwnych kwarkach. W 2001 roku widzieli, jak to się dzieje z cząsteczkami zawierającymi kwarki denne. (Oba odkrycia doprowadziły do otrzymania nagród Nobla dla zaangażowanych naukowców). Fizycy od dawna twierdzili, że dzieje się tak również z cząsteczkami zawierającymi kwarki uroku, ale nikt tego nie widział.
Jestem oczarowany, jestem pewien
Stone jest jednym z badaczy eksperymentu kosmetycznego Large Hadron Collider (LHC), w którym wykorzystuje się Wielki Zderzacz Hadronów CERN, pierścień o długości 16,5 mili (27 kilometrów) na granicy francusko-szwajcarskiej, który wysyła cząsteczki subatomowe w siebie, aby ponownie stworzyć błyski zadziwiającej energii, która nastąpiła po Wielkim Wybuchu. Gdy cząstki zderzają się ze sobą, rozpadają się na części składowe, które następnie rozpadają się w ułamkach sekundy do bardziej stabilnych cząstek.
Najnowsze obserwacje dotyczyły kombinacji kwarków zwanych mezonami, w szczególności mezonu D0 („d-zero”) i mezonu anty-D0. Mezon D0 składa się z jednego kwarku uroku i jednego kwarku anty-up (antycząstki kwarku wznoszącego). Mezon anty-D0 jest kombinacją jednego kwarku przeciw-czarującego i jednego kwarku wznoszącego.
Oba te mezony rozpadają się na wiele sposobów, ale niewielki ich procent kończy się jako mezony zwane kaonami lub pionami. Naukowcy zmierzyli różnicę szybkości rozpadu między mezonami D0 i anty-D0, proces polegający na wykonaniu pośrednich pomiarów w celu upewnienia się, że nie mierzyli tylko różnicy w początkowej produkcji dwóch mezonów lub różnic w tym, jak dobrze ich sprzęt może wykrywać różne cząsteczki subatomowe.
Dolna linia? Współczynniki rozkładu różniły się o jedną dziesiątą procenta.
„Oznacza to, że D0 i anty-D0 nie gniją w tym samym tempie, i to właśnie nazywamy naruszeniem CP” - powiedział Stone.
I to czyni rzeczy interesującymi. Stone powiedział, że różnice w rozpadach prawdopodobnie nie są wystarczająco duże, aby wyjaśnić, co stało się po Wielkim Wybuchu, aby pozostawić tyle materii, choć jest wystarczająco duże, aby być zaskakującym. Ale teraz, powiedział, teoretycy fizyki otrzymują swoją kolej z danymi.
Fizycy polegają na czymś zwanym Modelem Standardowym, aby wyjaśnić, cóż, wszystko w skali subatomowej. Pytanie, jak powiedział Stone, brzmi: czy przewidywania wykonane przez Model Standardowy mogą wyjaśnić pomiar kwarku uroku, który zespół właśnie wykonał, czy też będzie wymagało jakiejś nowej fizyki - co, jak powiedział Stone, byłby najbardziej ekscytującym wynikiem.
„Gdyby to można wyjaśnić jedynie nową fizyką, ta nowa fizyka mogłaby zawierać pojęcie, skąd pochodzi to naruszenie CP” - powiedział.
Badacze ogłosili odkrycie w audycji internetowej CERN i opublikowali preprint artykułu szczegółowo opisującego wyniki w Internecie.
- Co to jest? Odpowiedzi na twoje pytania fizyki
- 18 największych nierozwiązanych tajemnic w fizyce
- Zdjęcia: Największy na świecie niszczyciel atomów (LHC)
