4 Minuten
Įvadas: Pagrindinės visatos asimetrijos tyrimas
Dešimtmečius fizikai bandė atsakyti į vieną iš giliausių mokslinių klausimų: kodėl Visata egzistuoja tokia, kokią ją pažįstame, užuot išnykusi dramatiškoje materijos ir antimedžiagos anihiliacijoje? Dabar, reikšmingas proveržis Europos branduolinių tyrimų organizacijoje CERN gali pateikti naujas įžvalgas. Didžiajame hadronų greitintuve (LHC) atlikti eksperimentai atskleidė esminius skirtumus tarp materijos ir antimedžiagos barionų elgsenos – tai sustiprina mūsų supratimą apie Visatos dėsnius ir egzistavimo kilmę.
Mokslinis kontekstas: Materijos ir antimedžiagos mįslė
Antimedžiaga, dažnai klaidingai vaizduojama kaip kažkas egzotiško ar pavojingo, iš tiesų susideda iš subatominių dalelių, kurios yra materijos dalelių veidrodiniai atvaizdai bei pasižymi priešingu elektros krūviu. Materijai susidūrus su atitinkama antimedžiaga, jos abi anihiliuojasi, išskirdamos energiją. Pagal Didžiojo sprogimo teoriją, turėjo susiformuoti lygios materijos ir antimedžiagos dalelių dalys. Jei gamta būtų simetriška, visi šie dalelės ir antidalelės turėjo viena kitą sunaikinti, palikdamos praktiškai tuščią Visatą.
Tačiau mūsų Visata pilna žvaigždžių, planetų, galaktikų ir gyvybės – tai rodo, kad materija vos nežymiai nugalėjo antimedžiagą. Ši keista disproporcija, vadinama materijos ir antimedžiagos asimetrija, yra viena iš esminių kosmologijos ir dalelių fizikos paslapčių. Mokslininkai seniai įtarė, kad už šią disproporciją atsakingi subtilūs fizikos dėsnių skirtumai, susiję su vadinamąja krūvio-pariteto (CP) pažeidimo savybe.
Naujausi LHC eksperimentai: CP pažeidimo atradimas barionuose
CP pažeidimas pasireiškia tada, kai fizikos dėsniai materiją ir antimedžiagą vertina nevienodai pagal krūvį ir erdvinę orientaciją. Iki šiol aiškus CP pažeidimas buvo stebėtas tik tam tikro tipo dalelėse – mezonuose. Tačiau teoriniai modeliai prognozavo, kad CP pažeidimas turėtų būti aptinkamas ir barionuose – dalelių grupėje, kuriai priklauso protonai ir neutronai, sudarantys didžiąją Visatos materijos dalį.
Lemiamo tyrimo metu CERN mokslininkai išanalizavo apie 80 000 dalelių ir jų irimo įvykių, užfiksuotų LHC 2011–2018 metais, tyrinėdami barioną lambda-grožis (Λb) ir jo antimedžiagos atitikmenį. Jų tikslas: išsiaiškinti, ar šios dalelės ir antidalelės suyra identiškai, kaip būtų, jei CP simetrija būtų išlaikyta.
Įspūdingai, tyrėjų komanda nustatė 2,5 procento skirtumą Λb ir anti-Λb barionų irimo raštuose – tai reikšmingas CP pažeidimo ženklas už mezonų ribų. Pasak pagrindinės autorės, CERN fizikės dr. Xueting Yang: „Šie rezultatai rodo, kad subtilūs skirtumai tarp materijos ir antimedžiagos pasireiškia platesniame dalelių spektre, įrodydami, jog Visatos pagrindiniai dėsniai skiria barionus nuo antibarionų.“
Statistinis patikimumas ir mokslinė reikšmė
Šio rezultato statistinė reikšmė pasiekė 5,2 sigmos ribą – tai labai griežtas eksperimentinės fizikos kriterijus, reiškiantis tik vieną galimybę iš dešimties milijonų, kad rezultatai atsirado atsitiktinai. Toks patikimumas būtinas, kad atradimą pripažintų tarptautinė mokslininkų bendruomenė.
Teorinės pasekmės: Standartinio modelio ribų tikrinimas
Šis atradimas turi gilias pasekmes dalelių fizikos pagrindams. Nors Standartinis modelis, pagrindinė dalelių ir jų sąveikų teorija, prognozuoja tam tikrą CP pažeidimą, to nepakanka paaiškinti materijos dominavimui Visatoje. Kaip pasakoja dr. Yang, „CP pažeidimas būtinas norint suprasti, kodėl Visata dominuojama materijos. Tačiau Standartinis modelis numato per mažą pažeidimo kiekį. Toks neatitikimas rodo, kad egzistuoja dar neatrasti fizikos dėsniai, kurie sukelia papildomą CP pažeidimą.“
Fizikai tyrė ir kitus galimus sprendimus, pavyzdžiui, ar antimedžiaga gravitaciniame lauke elgiasi kitaip. Ankstesni CERN eksperimentai parodė, kad antimedžiaga, kaip ir materija, gravitacijos veikiama krenta žemyn – CP pažeidimo gravitacijoje nerasta. Tačiau naujai užfiksuotas CP pažeidimas barionų irimo metu atveria naujas galimybes tikrinti esamo modelio ribas.
Plačioji reikšmė ir ateities galimybės
Nors aptiktas CP pažeidimas barionuose daugiausiai atitinka Standartinio modelio prognozes, jis nepaaiškina visos materijos gausos Visatoje. Vis dėlto šis atradimas yra reikšmingas fizikos laimėjimas, išplėčiantis asimetrijos paieškas į mažiau ištirtą barionų sritį.
Mokslininkams toliau tobulinant matavimus ir tiriant naujas daleles bei irimo procesus LHC, išlieka tikimybė aptikti dar didesnį CP pažeidimą. Tokie atradimai galėtų peržengti Standartinio modelio ribas, suteikdami esminių užuominų apie ankstyvuosius Visatos momentus ir parodydami kelią visiškai naujai fizikai.
„Šis rezultatas atveria naują langą į CP pažeidimo prigimtį barionuose“, – sako dr. Yang. „Fizikai aktyviai ieško papildomų, netikėtų šaltinių, galinčių išspręsti materijos ir antimedžiagos mįslę. Jų atradimas būtų kertinis išplėsti supratimą apie Visatos pagrindinius dėsnius.“
Išvada
Šis svarbus atradimas CERN Didžiajame hadronų greitintuve priartina mokslininkus prie vienos giliausių Visatos paslapčių sprendimo: kodėl egzistuoja kažkas, o ne niekas. Parodydami aiškius krūvio-pariteto pažeidimo įrodymus barionuose, fizikai atveria naujus kelius tyrinėti materijos ir antimedžiagos fundamentalią asimetriją. Nors mįslė dar neišspręsta, kiekvienas toks žingsnis gilinasi į egzistencijos pagrindus ir užsimena apie dar sudėtingesnį fizikos dėsnių audinį, kuris laukia savo atskleidimo.
Quelle: nature
Kommentare