Наука о начале Вселенной: как открытие на Большом адронном коллайдере помогает понять загадку материи
Международная группа физиков, работающих на Большом адронном коллайдере (БАК) в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), сделала открытие, которое может изменить наше представление о происхождении Вселенной и природе её фундаментальных законов. Впервые в истории зафиксировано тонкое нарушение так называемой CP-инвариантности — принципа, предполагающего зеркальную симметрию между материей и антиматерией — в распадах барионов, то есть частиц, из которых в основном состоит окружающая нас материя.
Результаты работы, опубликованные в престижном научном журнале Nature, дают новый взгляд на вопрос, который мучает физиков десятилетиями: почему во Вселенной преобладает материя, а не антиматерия?
Открытие, которое ищут десятилетиями
Современная физика утверждает, что сразу после Большого взрыва материя и антиматерия возникли в равных количествах. Однако мы наблюдаем вокруг себя только материю — антиматерия практически исчезла, её следы встречаются лишь в космических лучах и в экспериментах. Это явление связано с асимметрией между материей и антиматерией, причины которой до конца не объяснены.
В новом исследовании физики проанализировали данные о 80 000 распадах Λb-барионов, содержащих так называемый b-кварк. Сравнение этих распадов с распадами соответствующих античастиц показало различие в вероятности их распадов на несколько процентов, что является статистически значимым результатом с точностью менее одной ошибки на пять миллионов.
«Мы наблюдаем явление, которое может быть ключом к разгадке фундаментальной асимметрии Вселенной. Нарушение CP-инвариантности в барионах ранее никогда не фиксировалось с такой точностью», —
отмечают исследователи из коллаборации LHCb.
Почему это важно для физики
CP-инвариантность — это симметрия, которая предполагает, что законы физики должны быть одинаковыми для материи и антиматерии, если одновременно поменять знак заряда (C) и отразить пространство как в зеркале (P). Однако ещё в 1960-х годах было открыто, что в некоторых процессах эта симметрия нарушается, что и дало первый намёк на объяснение «превосходства» материи.
До сих пор подобные эффекты наблюдали только в мезонах — частицах, состоящих из кварка и антикварка. Обнаружение нарушения CP-инвариантности в барионах, которые составляют протоны и нейтроны, а значит, и всё видимое вещество, — это качественно новый шаг.
По словам учёных, результаты пока соответствуют Стандартной модели физики элементарных частиц, но требуют уточнения теоретических предсказаний. Возможно, в будущих экспериментах проявятся новые законы симметрии или даже сигналы физики за пределами Стандартной модели, что станет настоящей революцией в науке.
Роль детектора LHCb
Исследование проводилось с использованием специализированного детектора LHCb (Large Hadron Collider beauty). Его задача — максимально точно отслеживать продукты столкновений протонов на коллайдере и измерять их свойства.
Большой адронный коллайдер разгоняет протоны почти до скорости света и сталкивает их, создавая условия, схожие с теми, что существовали доли секунды после Большого взрыва. В этих экстремальных условиях рождаются как частицы, так и античастицы, что позволяет изучать разницу в их поведении.
Что дальше?
Физики из ЦЕРН подчеркивают, что это открытие — лишь начало нового этапа исследований. В ближайшие годы БАК ожидает масштабная модернизация, которая увеличит поток данных в десятки раз. Это даст шанс с беспрецедентной точностью проверить обнаруженное нарушение CP-инвариантности.
«Мы пока только прикоснулись к глубинным законам природы. Возможно, за пределами привычной Стандартной модели скрываются новые силы или частицы, которые помогут объяснить, почему мы существуем», —
добавляют учёные.
Ранее на сайте «Пронедра» писали, что физики предсказали гибель Вселенной через 19,5 миллиарда лет
