Физики поймали частицы — призраки, нарушающие симметрию материи — антиматерии

Мы все здесь только потому, что реальность является несовершенным отражением самой себя. Из-за недостатка симметрии во Вселенной доступно много материи, чтобы объединиться в миллиарды галактик, которые мы сейчас видим.

Почти десятилетие ученые собирали данные, результата эксперимента по физике элементарных частиц Tokai to Kamioka (T2K) в Японии. Они стали самым убедительным доказательством дисбаланса, который может помочь объяснить, почему материя не исчезла в момент после возникновения.

Исследование искало значительные различия в том, как почти безмассовые частицы, называемые нейтрино, изменяют форму по сравнению с их «зеркальной» частицей, антинейтрино.

По иронии судьбы, нейтрино настолько крошечные, что их почти не существует, они скользят мимо большинства других частиц без взаимодействия. Но то, чего им не хватает, они восполняют огромными количествами, встречаясь в миллиард раз чаще, чем частицы, которые оседают вместе, образуя атомы.

Фактически, это изобилие нейтрино, смешанное с их странным поведением и изменением свойств — привлекает физиков, ищущих объяснения всего: от темной материи до очевидного дисбаланса в типах частиц, которые мы видим вокруг нас.

Давно, когда Вселенная была еще горячим беспорядком, упакованным в крошечное (но расширяющееся) пространство, конденсация энергии в частицах должна была привести к возникновению пар частиц с противоположными свойствами.

Это означает, что отрицательно заряженные электроны появились рядом с положительно заряженными близнецами антиматерии, называемыми позитронами. Поскольку вещество в сочетании с антивеществом исчезает в пучке излучения, пространство должно быть наполнено ничем более существенным, чем волны света.

Очевидно, это не так. По крайней мере, не совсем. Достаточно частиц вещества, слипшихся вокруг, чтобы в конечном итоге создать такие вещи, как звезды, кометы, бомбаты и скрепки.

«Равные количества вещества и антивещества были созданы в ранней Вселенной, поэтому важный вопрос в космологии заключается в том, как мы пришли к той Вселенной, которую мы видим сегодня, где преобладает материя», — сказал физик-экспериментатор Линдси Бигнелл из ANU в Австралии.

«У нас пока нет полной картины того, как это произошло, но мы знаем, что нарушение симметрии является необходимым компонентом», — говорит Бигнелл.

Симметрия означает обмен заряда и четность, изменения частиц, которые происходят в оппозиции. Например, положительные заряды переходят в отрицательные, когда частицы становятся античастицами. Что касается четности, то это сдвиг координат, мало чем отличающийся от того, что ваша левая рука является зеркальным отражением вашей правой.

Масса данных в этом исследовании означает, что мы можем быть более чем когда-либо уверены, что нарушение этой крайне важной симметрии является тем, что стоит за наблюдаемой картиной в колеблющихся нейтрино.

Мы все еще далеки от окончательного ответа на вопрос, почему материя существует в том виде, в каком она существует, и нам придется ждать будущих экспериментов, чтобы определить, поможет ли это конкретное нарушение объяснить это. Если нет, то нам, возможно, придется ждать совершенно новой физики.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature.

Источники: Фото: Супер-камиокандский нейтринный детектор. (Обсерватория Камиока / ICRR / Токийский университет)