Hitech logo

Кейсы

Впервые зафиксировано нарушение симметрии в распаде частиц материи

TODO:
Денис Еременко20 июля, 17:32

Команда коллаборации LHCb на Большом адронном коллайдере объявила о первом в истории достоверном наблюдении нарушения CP-симметрии в распадах барионов — тяжёлых частиц, включающих, в частности, протоны и нейтроны. Обнаруженный эффект может приблизить науку к разгадке фундаментальной космологической загадки: почему после Большого взрыва в нашей Вселенной осталась материя, а не всё превратилось в энергию в результате аннигиляции материи и антиматерии.

Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

Согласно стандартным представлениям, Большой взрыв должен был породить равное количество частиц и античастиц. Однако если бы это равенство сохранялось, вся материя во Вселенной аннигилировала бы с антиматерией, оставив только фотонный фон. В наблюдаемой же реальности повсеместно доминирует материя. Это расхождение между теорией и реальностью известно как барионная асимметрия.

Ключевым механизмом, способным нарушить это равновесие, является CP-нарушение — отклонение от симметрии между материей и антиматерией при одновременной смене зарядов (C — зарядовое сопряжение) и зеркальном отражении (P — пространственная инверсия). Такие нарушения ранее уже были надёжно зафиксированы в распадах мезонов, состоящих из кварка и антикварка. Но до сих пор подобный эффект не удавалось наблюдать в барионах, представляющих другой, более устойчивый класс частиц, включающих три кварка.

Новое открытие сделано на основе анализа данных за девять лет работы детектора LHCb (Large Hadron Collider beauty) на Большом адронном коллайдере. Учёные проанализировали почти триллион событий распада лямбда-барионов, содержащих b-кварк (Λb0), и их античастиц. Эти барионы распадались на протоны, каоны и пионы.

В случае сохранения CP-симметрии вероятность распада должна была быть одинаковой для частицы и её античастицы. Однако исследователи зафиксировали устойчивую разницу в 2,5%, при уровне статистической достоверности 5,8 сигма — что более чем достаточно для официального признания открытия.

«Мы наблюдаем, как частица и античастица ведут себя по-разному, — объяснил ведущий автор исследования Сюйэтин Ян. — Это означает, что нарушение симметрии возможно и у барионов, а не только у мезонов. А значит, и барионы могут вносить вклад в барионную асимметрию Вселенной».

Физик Шон Кэрролл, известный популяризатор науки, назвал это открытие «важным недостающим фрагментом большой головоломки». Он отметил, что хотя наблюдаемое CP-нарушение ещё не даёт полного ответа на вопрос о происхождении барионной асимметрии, оно подтверждает возможность её объяснения через эффекты, ранее недоступные для наблюдения.

Среди основных трудностей в поисках объяснения барионной асимметрии — ограниченность Стандартной модели. Эта теория описывает три из четырёх фундаментальных взаимодействий, однако не в состоянии объяснить масштаб нарушений CP-симметрии, необходимый для объяснения доминирования материи. Именно поэтому физики активно ищут проявления новых физических процессов, выходящих за рамки Стандартной модели.

По словам представителей ЦЕРН, это открытие открывает новую главу в поисках ответов на фундаментальные вопросы о происхождении нашей Вселенной. Уже запланированы новые серии экспериментов с модернизированными детекторами и более высоким разрешением, чтобы уточнить природу обнаруженного CP-нарушения и проверить, есть ли в нём компоненты, выходящие за пределы предсказаний Стандартной модели.

Кроме того, ожидается, что будущие проекты, такие как обновление LHCb до версии Upgrade II, а также эксперименты на будущих коллайдерах (например, FCC или CEPC), позволят получить ещё более точные данные и, возможно, впервые откроют доказательства существования новых источников CP-нарушения.