Физики подтвердили, что материя и антиматерия распадаются по-разному для элементарных частиц, содержащих зачарованные кварки. Полученные результаты могут указывать на новую физику за пределами Стандартной модели, которая описывает, как элементарные частицы взаимодействуют друг с другом.
Почему материя доминирует в нашей Вселенной?
Физики из Колледжа искусств и наук Сиракузского университета подтвердили, что материя и антиматерия распадаются по-разному для элементарных частиц, содержащих зачарованные кварки. Выдающийся профессор Шелдон Стоун говорит, что результаты являются первыми, хотя асимметрия материя-антиматерия наблюдалась ранее в частицах со странными кварками или красивыми кварками.
Он и члены исследовательской группы колледжа по физике высоких энергий впервые и с 99,999-процентной уверенностью измерили разницу в том, как мезоны D0 и анти-D0 превращаются в более стабильные побочные продукты.
Мезоны - это субатомные частицы, состоящие из одного кварка и одного антикварка, связанные между собой сильными взаимодействиями. По словам Стоуна, было много попыток измерить асимметрию материя-антиматерия, но до сих пор никто не преуспел. Это веха в исследовании антиматерии.
Полученные результаты могут также указывать на новую физику за пределами Стандартной модели, которая описывает, как элементарные частицы взаимодействуют друг с другом. Каждая частица материи имеет соответствующую античастицу, идентичную во всех отношениях, но с противоположным зарядом. Например, прецизионные исследования атомов водорода и антиводорода показывают сходство с миллиардным десятичным разрядом.
Когда частицы материи и антиматерии вступают в контакт, они аннигилируют друг с другом в взрыве энергии, подобно тому, что произошло в Большом взрыве около 14 миллиардов лет назад.
По мнению Стоуна, вот почему во Вселенной вокруг нас так мало естественной антиматерии. Вопрос в сознании Стоуна связан с равной, но противоположной природой материи и антиматерии. Если бы такое же количество материи и антиматерии взорвалось при рождении Вселенной, не осталось бы ничего, кроме чистой энергии. Очевидно, что этого не произошло.
Таким образом, Стоун и его коллеги искали тонкие различия в материи и антиматерии, чтобы понять, почему материя так распространена. Ответ может лежать в ЦЕРНе, где ученые создают антиматерию, разбивая протоны вместе в Большом адронном коллайдере (бак), самом большом и мощном ускорителе в мире. Чем больше энергии производит бак, тем массивнее частицы и античастицы образуются при столкновении.
Именно в обломках этих столкновений ученые охотятся за ингредиентами частиц.
По их мнению, они не видят антиматерии в нашем мире, поэтому мы должны искусственно производить ее. Данные этих столкновений позволяют отображать распад и преобразование нестабильных частиц в более стабильные побочные продукты.
HEP славится своими новаторскими исследованиями кварков -элементарных частиц, которые являются строительными блоками материи. Существует шесть типов кварков, или ароматов, но ученые обычно говорят о них парами: вверх/вниз, очарование/странное и верх/низ. Каждая пара имеет соответствующую массу и дробный электронный заряд.
В дополнение к красоте кварка HEP интересуется зачарованным кварком. Несмотря на свою относительно высокую массу, зачарованный кварк живет мимолетным существованием, прежде чем распадаться на что-то более стабильное.
Недавно HEP изучил две версии одной и той же частицы. Одна из версий содержала зачарованный кварк и версию восходящего кварка из антивещества, называемую анти-восходящим кварком. Другая версия была антикварка и кварка.
Используя данные бак, они идентифицировали обе версии частицы, вплоть до десятков миллионов, и подсчитали, сколько раз каждая частица распадалась на новые побочные продукты.
Соотношение двух возможных результатов должно было быть одинаковым для обоих наборов частиц, но ученые обнаружили, что соотношения, как говорит Сиоун, различались примерно на десятую часть процента. Это доказывает, что зачарованная материя и частицы антиматерии не полностью взаимозаменяемы.
По мнению ученых, снаружи частицы могут выглядеть одинаково, но внутри они ведут себя по-разному. Это загадка антиматерии. Идея о том, что материя и антиматерия ведут себя по-разному, не нова. Предыдущие исследования частиц со странными кварками и нижними кварками подтвердили это.
Стоун приходит к выводу, что уникальность этого исследования заключается в том, что впервые кто-то стал свидетелем асимметрии частиц с зачарованными кварками, это одна из книг по истории.
