Velký hadron Collider objevuje antihmota, která se chová podivně v nové třídě částic
Tajemná fyzika antihmoty objevená u velkého hadronového srážky
Experiment LHCB pozoroval nový rozdíl mezi hmotou a antihmotou v částicích zvaných baryony
Ilustrace částic baryonových částic.
Thomas Parsons/Science Zdroj
Matter a Antihatter jsou jako zrcadlové protiklady: jsou stejné v každém ohledu s výjimkou jejich elektrického náboje. No, téměř to samé – velmi občas, hmota a antihmota se chovají jinak Od sebe navzájem a když to dělají, byli fyzici velmi nadšeni. Nyní vědci z největšího kolizáku částic na světě pozorovali novou třídu antihmotných částic, které se rozpadají jinou rychlostí, než je jejich protějšky záležitosti. Objev je významným krokem ve snaze fyziků vyřešit Jedna z největších tajemství ve vesmíru: Proč existuje něco spíše než nic.
Svět kolem nás je vyroben z hmoty – hvězdy, planety, lidé a věci, které naplňují náš vesmír, jsou složeny z atomů, které obsahují pouze záležitosti, a bez antihmoty. Ale nemuselo to být takto. Naše nejlepší teorie naznačují, že když se narodil vesmír, měl stejné množství hmoty a AntihatterA když se ti dva navázali, navzájem se zničili. Z nějakého důvodu přežila malá nadbytek hmoty a pokračovala ve vytváření fyzického světa. Proč? Nikdo neví.
Fyzici tedy byli na honbě za jakýkoli známka rozdílu mezi hmotou a antihmotou, známou v poli jako porušení „symetrie konjugace náboje a míry“ nebo Porušení CPTo by mohlo vysvětlit, proč některé záležitosti unikly ničení v raném vesmíru.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Dnes fyziky ve velkém Hadron Collider (LHC) Experiment LHCB publikoval příspěvek v časopise Příroda oznamuje, že to Měřeno porušení CP poprvé u baryonů– Třída částic, které zahrnují protony a neutrony uvnitř atomů. Všechny baryony jsou postaveny z trojic ještě menších částic zvaných kvarky. Předchozí experimenty z roku 1964 došlo k porušení CP v částicích Mesonu, které na rozdíl od baryonů jsou vyrobeny z páru Quark-Antiquark. V novém experimentu vědci poznamenali, že baryonové vyrobili z kvarku UP, kvarku dolů a jednoho z jejich exotičtějších bratranců nazývali úpad kosmetického kvarku častěji než baryony vyrobené z antihmotných verzí těch stejných tří kvarků.
Magnet pro detektor částic LHCB (Velký Hadron Collider Beauty) v CERN (Evropská fyzikální laboratoř částic) poblíž Ženevy ve Švýcarsku.
„Jedná se o milník při hledání porušení CP,“ říká Xueting Yang z Peking University, člen týmu LHCB, který analyzoval údaje za měřením. „Vzhledem k tomu, že Baryonové jsou stavebními kameny každodenních věcí kolem nás, první pozorování porušení CP v baryonech nám otevírá nové okno, abychom hledali náznaky nové fyziky.“
Experiment LHCB je jediným strojem na světě, který může svolat dostatečné energie, aby se baryony obsahuly kosmetické kvarky. Dělá to zrychlením protonů na téměř rychlost světla a poté je rozbije dohromady v asi 200 milionů kolizí každé sekundy. Když se protony rozpustí, energie havárie pramení nové částice do bytí.
„Je to úžasné měření,“ říká teoretický fyzik Edward Witten z Institutu pro pokročilé studium, který se do experimentu nezúčastnil. „Baryony obsahující b (krása) kvarky jsou relativně obtížné produkovat a porušení CP je velmi jemné a obtížné studovat. “
69-stopový experiment s 6 000 tunovými LHCB může sledovat všechny částice vytvořené během kolizí a mnoho různých způsobů, jak se mohou rozbít na menší částice. „Detektor je jako gigantická čtyřrozměrná kamera, která je schopna zaznamenat průchod všech částic skrz něj,“ říká mluvčí LHCB a spoluautor studia Vincenzo Vagnoni z italského národního institutu pro jadernou fyziku (INFN). „Se všemi těmito informacemi můžeme přesně rekonstruovat, co se stalo v počáteční kolizi a všem, co vyšlo a pak se rozpadlo.“
Vědci pozorovaní v tomto případě jsou relativně malí a zapadá do předpovědí standardního modelu fyziky částic-vládnoucí teorii subatomické říše. Toto malé množství porušení CP však nemůže odpovídat za hlubokou asymetrii mezi hmotou a antihmotou, kterou vidíme v celém prostoru.
„Samotné měření je velkým úspěchem, ale výsledek pro mě není překvapivý,“ říká Jessica Turner, teoretická fyzik na Durhamské univerzitě v Anglii, která se do výzkumu nezúčastnila. „Zdá se, že pozorované porušení CP je v souladu s tím, co bylo měřeno dříve v sektoru Quark, a víme, že to nestačí k vytvoření pozorované baryonské asymetrie.“
Abychom pochopili, jak hmota dostala navrch v raném vesmíru, musí fyzici najít nové způsoby, na kterých záleží a antihmota se liší, s největší pravděpodobností prostřednictvím částic, které ještě nebyly vidět. „Měla by existovat nová třída částic, které byly přítomny v raném vesmíru, které vykazují mnohem větší množství tohoto chování,“ říká Vagnoni. „Snažíme se najít malé nesrovnalosti mezi tím, co pozorujeme, a tím, co předpovídá standardní model. Pokud najdeme nesrovnalost, můžeme určit, co se děje.“
Vědci doufají, že objeví více trhlin ve standardním modelu, protože experiment stále běží. Nakonec by LHCB měla shromažďovat asi 30krát více dat, než bylo použito pro tuto analýzu, což fyziky umožní hledat porušení CP v rozpadech částic, které jsou ještě vzácnější než ta, která je zde pozorována. Zůstaňte tedy naladěni na odpověď na to, proč vůbec něco existuje.
