Osakeste füüsika ajaloo verstapost: miks on asi olemas?

tehnoloogilised projektid
CERNi suur hadronite põrkurCERN

Antiaine on kummaline metsaline. Füüsikud usuvad, et iga meie universumis eksisteeriva osakese jaoks on antiosake, mis on identne, kuid millel on vastupidine laeng. Kui aga antiaine kohtub mateeriaga, hävivad mõlemad osakesed energiasähvatusega. See toob kaasa keerulise mõistatuse: kui Suure Paugu käigus tekkisid mõlemad võrdses koguses ainet ja antiainet, siis miks on tänapäeval meie ümber nii palju ainet ja nii vähe antiainet?

Antiaine esineb loomulikult radioaktiivsetes protsessides, näiteks kaalium-40 lagunemisel. Meeldivas faktis CERNi teadlane Marco Gersabeck kirjutab see tähendab, et "teie keskmine banaan (mis sisaldab kaaliumi) kiirgab positroni iga 75 minuti järel." Kuid üldiselt oleme täheldanud universumis palju-palju rohkem ainet kui antiainet.

Soovitatavad videod

Uus CERNi eksperiment võib sisaldada vastust sellele aastakümneid kestnud mõistatusele. Katsed on näidanud, et osakestele meeldivad mesonid, mis koosnevad ühest kvark ja üks antikvark, võib spontaanselt muutuda antimesoniteks ja vastupidi – aga see protsess toimub rohkem ühes kui teises suunas. Antikvargid muutuvad tõenäolisemalt kvarkideks kui kvargid antikvarkideks, mida füüsikud nimetavad

CP rikkumine. Aja jooksul tähendab see, et universumisse koguneb rohkem ainet.

Neid asümmeetriat, nagu need on teada, on täheldatud mitut tüüpi kvarkide puhul. Kokku on kvarki kuut tüüpi või "maitset" (üles, alla, ülemine, alumine, kummaline ja võluv) ja asümmeetriat on varem täheldatud kummalistes ja põhjakvarkides, mis mõlemad on negatiivsed laetud. Teoreetiline töö ütleb, et ainus positiivselt laetud kvarkide tüüp, mis peaks näitama asümmeetriat, on võlukvargid - kuigi mõju oleks väga väike ja seetõttu raskesti jälgitav.

Uues katses vaadeldi osakesi nimega D mesonid mis on valmistatud võlukvarkidest. Teadlased suutsid vaadelda asümmeetriat D-mesonites, vaadates osakesi, mis tekkisid suure hadronipõrgeti (LHC) kokkupõrgetes. Nad vaatlesid kogu andmestikku seitsme aasta LHC operatsioonidest aastatel 2011–2018 ja kontrollisid nii D-mesonite kui ka anti-D-mesonite lagunemist. Nad leidsid väikesed, kuid statistiliselt olulised erinevused nende kahe vahel, andes esimesed tõendid asümmeetria kohta võlukvarkides.

Võimalik, et siin täheldatud asümmeetria ei olnud tingitud samast mehhanismist nagu kummaliste ja põhjakvarkide asümmeetria. Kuid isegi nii oleks see siiski põnev leid - kuna see suurendab teist tüüpi aine-antiaine asümmeetriate võimalust.

"Tulemus on verstapost osakeste füüsika ajaloos," ütles CERNi teadusuuringute ja andmetöötluse direktor Eckhard Elsen avaldus. "Alates D-mesoni avastamisest rohkem kui 40 aastat tagasi on osakeste füüsikud kahtlustanud, et ka selles süsteemis esineb CP rikkumist, kuid alles nüüd, kasutades sisuliselt katsega kogutud täielikku andmeproovi, on LHC koostöö lõpuks suutnud jälgida mõju.

Toimetajate soovitused

  • Maailma suurim osakeste põrkur on nüüd veelgi võimsam
  • ISS-i astronaudid fikseerivad kosmoses osakeste füüsikadetektorit

Uuendage oma elustiiliDigitaalsed suundumused aitavad lugejatel hoida silma peal kiirel tehnikamaailmal kõigi viimaste uudiste, lõbusate tooteülevaadete, sisukate juhtkirjade ja ainulaadsete lühiülevaadetega.