Новые научные открытия, сделанные европейскими учеными, в некотором роде объясняют, почему наша Вселенная почти не имеет антиматерии. Эти научные открытия на шаг пододвинули ученых к разгадке так называемую тайну божественного мироздания. Результаты исследований опубликовал журнал Nature, передает Joinfo.ua.
В современной физике принято считать, что после Большого взрыва материя и антиматерия во Вселенной существовали в равных количествах. Однако сегодня Вселенная заполнена материей. Куда подевалась антиматерия? Почему вообще Вселенная существует, ведь теоретически материя и антиматерия должны были сразу же уничтожить друг друга?
Вопрос асимметрии материи и антиматерии неизменно присутствует в списке самых главных загадок современной науки. Больше того, это чуть ли не главная проблема так называемой Стандартной модели физики, которую нельзя считать всеобъемлющей, пока не будет дан ответ на вопрос о том, где вся Антиматерия.
И вот, похоже, серия экспериментов на Большом адронном коллайдере способна дать ответ на самый главный вопрос современной физики. Согласно результатам исследования, результаты которого были опубликованы в авторитетном журнале Nature, Вселенная предусмотрительно наделила материю и антиматерию способностью по-разному реагировать на законы физики. Или же - предусмотрела разные законы для материи и антиматерии.
Наличие материи и антиматерии
Современная физика исходит из предположения о том, что каждой частичке обычной материи "противостоит" частичка антиматерии. Иными словами, на каждый отрицательно заряженный электрон, где-то существует позитивно заряженный. Каждому атому водорода соответствует атом антиводорода.
В том случае, если античастица столкнется с обычной частицей, они уничтожат друг друга, высвободив энергию в виде света.
Беда в том, что согласно Стандартной модели после Большого взрыва в зарождающейся Вселенной должно было образоваться одинаковой количество барионной (т.е. состоящей из элементарных частиц — протонов, нейтронов и т.д.) материи и барионной антиматерии.
Барионная материя преобладает во Вселенной и сегодня. А вот куда подевалась антиматерия?
На этот вопрос дает ответы исследование физиков из CERN, проведенное с помощью детектора LHCb.
Исследование позволило установить возможные различия между материей и антиматерией, и это дает представление о том, почему в современной Вселенной антиматерии почти нет.
Международная группа ученых во главе с итальянским физиком Никола Нери из Миланского университета, проанализировала данные, собранные детектором в ходе работ Большого адронного коллайдера в 2015 году.
Ученые обратили внимание на странности в распадах так называемых лямбда-барионов – сверхтяжелых частиц, состоящих из двух легких кварков и одного тяжелого кварка.
Выяснилось, что эти частицы иногда распадаются на четыре части – три пи-мезона и один протон, а иногда (но реже) – на два каона, пи-мезон и протон.
По идее, примерно такой же характер распадов должен наблюдаться и у античастиц, т. е. у анти-лямбда-барионов. Однако, данные наблюдений показывают, что статистика распадов античастиц не совпадает в среднем на 10-20%.
Дальнейшие эксперименты с детектором позволят установить, действительно ли для материи и антиматерии во Вселенной действуют разные законы физики
Дальнейшие эксперименты с детектором позволят установить, действительно ли для материи и антиматерии во Вселенной действуют разные законы физики
Говоря научным языком, нарушение CP-инвариантности в распадах барионов — самое значительное доселе найденное проявление асимметрии между материей и антиматерией среди частиц, состоящих из трех кварков.
CP-инвариантность предполагает комбинированную симметрию, т.е. зеркальные отражения в поведении частиц и античастиц. Нарушение этого порядка означает наличие в природе принципиальных различий между материей и антиматерией.
По словам Нери, зафиксировано более 6 тыс. случаев распада барионов по таким сценариям, а уровень достоверности наблюдений уже составляет 3,3 сигма (единицы стандартного отклонения). В физике элементарных частиц "открытием" называются те наблюдения, в которых уровень достоверности наблюдений достигает 5 сигма. Однако, полученный результат является серьезным намеком на то, что для антиматерии во Вселенной действуют несколько иные законы физики, чем для обычной материи.
На очереди — анализ наблюдений за экспериментами на Большом адронном коллайдере на протяжении 2016 года. Если ученые подтвердят уже имеющиеся данные, а вероятность этого очень высока, можно будет говорить об одном из величайших открытий в истории науки.
В частности, в Стандартную модель потребуется внести существенные коррективы, да и представления о материи и антиматерии и Вселенной в целом придется пересмотреть.
По словам Нери, работы на детекторе частиц продолжатся после его обновления в 2018 году. Это позволит анализировать асимметрию материи и антиматерии в других тяжелых барионах.
Как устроена Вселенная
Поиски ответа на вопрос об асимметрии материи и антиматерии ведутся уже полвека.
К разгадке шли двумя разными путями. Первый из них включал моделирование условий, существовавших во время Большого Взрыва на разнообразных ускорителях частиц. Второй путь подразумевал сравнения фундаментальных свойств материи и антиматерии.
Оба пути долгое время не давали результатов и не позволяли объяснить феномен "испарившейся антиматерии". В связи с этим многие физики стали искать ответы в экстравагантных теориях о расширении Вселенной и таинственных свойствах бозона Хиггса, который также называют частицей Бога.
Эксперимент группы Нери может быть ключом к другому объяснению феномена. Он дает основания предположить, что для материи и антиматерии законы физики действуют по-разному.
Результаты исследования нельзя назвать открытием пока они не подтверждены тщательными статистическими анализами, констатирует обозреватель Крис Ли, но они выглядят очень многобещающе.