Обнаружили впервые: ученые получили намек на новую физику с помощью "красивой" антиматерии

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv, пишет Live Science.

Почему материя доминирует над антиматерией во Вселенной долгое время остается одной из главных загадок. Открытие, сделанное на Большом адронном коллайдере (БАК), показало, что короткоживущий родственник протонов и нейтронов, красивый лямбда-барион, распадается с другой скоростью, чем его аналог из антиматерии.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Этот эффект, известный как нарушение CP-симметрии, относится к частицам с противоположным зарядом, ведущим себя по-разному и составляющим обычную материю и антиматерию. Это главное объяснение того, почему материя могла доминировать над антиматерией в ранней Вселенной, ведь без этого космос бы не существовал в том виде, в котором он есть сейчас.

Несмотря на то, что это ключевая причина, по которой мы существуем, количество нарушений CP-симметрии, предсказанное Стандартной моделью физики элементарных частиц, слишком маленькое, чтобы объяснить обилие материи в нашей Вселенной. Более того, это нарушение ранее было обнаружено только в частицах, состоящих из пар кварк-антикварк, называемых мезонами. Оно не наблюдалось в барионах, состоящий из трех кварков, частицах, таких как протоны и нейтроны, которые составляют большую часть видимой материи Вселенной.

Первое в своем роде открытие потенциально открывает путь к обнаружению новой физики за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц.

В ходе анализа большого количества данных, полученных во время экспериментов на БАК, физики обнаружили неопровержимые доказательства того, что барионы подвержены зеркальной асимметрии в фундаментальных законах природы, которая заставляет материю и антиматерию вести себя по-разному. Это открытие дает новые способы решения проблемы того, почему материя преобладала над антиматерией после Большого взрыва.

Согласно стандартной космологической модели, после Большого взрыва космос представлял собой горячую плазму из частиц материи и антиматерии, которые возникали и уничтожали друг друга при контакте. Теория предсказывает, что материя и антиматерия внутри этой плазмы должна была полностью уничтожить друг друга. Но физики считают, что некий неизвестный дисбаланс, вероятное нарушение CP-симметрии в распадах частиц, включающих слабое взаимодействие, позволило произвести больше материи, чем антиматерии, что спасло всю материю от самоуничтожения.

Известно, что частицы имеют одинаковую массу и противоположные заряды по отношению к своим партнерам по антиматерии. Но, когда частицы распадаются на другие частицы, нарушение CP-симметрии приводит к трещине в этой зеркальной симметрии. Эффект может проявляться в разнице между скоростями распада частиц и античастиц на более легкие частицы, которые физики могут регистрировать.

Ученые впервые обнаружили нарушение CP-симметрии в красивом лямбда-барионе, который состоит из верхнего кварка, нижнего кварка и красивого кварка. Физики подсчитали распады этой частицы, а также распады анти-красивого лямбда-бариона. Затем ученые подсчитали количество наблюдаемых распадов каждой частицы и обнаружили разницу между ними.

Анализ показал, что разница между числами распада лямбда-барионов и анти-лямбда-барионов составила 2,45% от нуля с погрешностью около 0,47%. Результат отличается от нуля на 5,2 стандартных отклонения, что превышает порог, который физики используют в качестве "золотого стандарта" для объявления нового открытия.

Физики говорят, что, зафиксировав открытие, они будут искать еще больше нарушений CP-симметрии, и соберут дополнительные данные о ключевом механизме, который, вероятно, позволил нашей Вселенной существовать.

По словам ученых, величина нарушения CP-симметрии, предсказанная Стандартной моделью физики элементарных частиц, на много порядков меньше, чем необходимо для объяснения асимметрии материи и антиматерии, наблюдаемой во Вселенной. Это предполагает существование новых источников нарушения CP-симметрии, а значит, вероятно, и новой физики.

Как уже писал Фокус, физики обнаружили в магните новое состояние материи. Ученые обнаружили новое состояние материи в предыдущем экзотическом состоянии, обнаруженном в магнитном материале в 2016 году.