Победа материи над антиматерией. «Частица красоты» подсказала физикам, почему возникла Вселенная

Физики из ЦЕРН, работающие на Большом адронном коллайдере, приблизились к ответу, почему материи оказалось больше в ранней Вселенной, чем антиматерии.

Отмечается, что сделанное на коллайдере открытие продемонстрировало, что элементарная частица с чрезвычайно коротким сроком существования — лямбда-барион распадается с другой скоростью, чем аналогичная античастица. Это называется нарушением CP-инвариантности

неизменность физических законов относительно комбинации операций зарядового сопряжения и изменения направления координатных осей. CP-инвариантность сохраняется в сильном взаимодействии, но не сохраняется в слабом взаимодействии, поскольку CPT-инвариантность, выводимая из принципов относительности и ближнего действия, всегда справедлива, то нарушение CP-инвариантности означает нарушение T-симметрии, т.е. неодинаковость физических законов при изменении направления течения времени.

Это нарушение может объяснять, почему материя могла доминировать над антиматерией в ранней Вселенной, ведь в противном случае Вселенная была бы пустой. Между тем, предусмотренное Стандартной моделью физики элементарных частиц, количество нарушений CP-инвариантности слишком мало, чтобы объяснить такое количество стандартной материи во Вселенной.

До этого нарушение CP-инвариантности наблюдалось только в частицах, состоящих из пар кварк-антикварк, называющихся мезонами. Это нарушение не наблюдалось в барионах, состоящих из трех кварков, в частности, протонов и нейтронов, которые составляют большую часть барионной материи во Вселенной. Открытие меняет представления физиков и прокладывает им путь к поискам того, что лежит за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц.

Стандартная космологическая модель предполагает, что после Большого взрыва Вселенная представляла собой заполненное горячей плазмой пространство из частиц материи и антиматерии. Они возникали и во время взаимодействия уничтожали друг друга. По мнению ученых, именно нарушение CP-инвариантности при распаде частиц в условиях слабого взаимодействия привело к тому, что в начале во Вселенной образовалось значительно больше материи, чем антиматерии.

Исследователи проанализировали большое количество данных по результатам экспериментов на коллайдере, проведенных в период с 2009 по 2018 год, и обнаружили убедительные доказательства того, что барионы подвергаются зеркальной асимметрии.

Ученые анализировали нарушение CP-симметрии при распаде прекрасного лямбда-бариона, состоящего из верхнего, нижнего и красивого кварков. Физики подсчитали распады этой частицы, а также распады анти-прекрасного лямбда-бариона. Затем исследователи подсчитали количество наблюдаемых распадов каждой частицы и обнаружили разницу между ними. Их анализ показал, что разница между числами распада прекрасного лямбда-бариона и антипрекрасного лямда-бариона составила 2,45% от нуля с погрешностью около 0,47%.

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

По словам ученых, величина нарушения CP-симметрии, предусмотренная Стандартной моделью физики элементарных частиц, на много порядков меньше, чем необходимая для объяснения асимметрии материи и антиматерии, которую можно наблюдать во Вселенной. Это предполагает существование новых источников нарушения CP-симетрии, а следовательно, вероятно, и новой физики.

Источник: LiveScience