Kolejna różnica między materią a antymaterią

Od lat kosmologię dręczy pytanie - dlaczego widzimy dookoła nas więcej materii niż antymaterii skoro w Wielkim Wybuchu powinny powstać ich równe ilości? Naukowcom pracującym w Wielkim Zderzaczu Hadronów udało się właśnie znaleźć potencjalne rozwiązanie tej zagadki.

Symetria CPT (z angielska charge-parity-time) zakłada, że (w dużym uproszczeniu) oddziaływania silne i elektromagnetyczne pozostają takie same jeśli odwróci się wszystkie właściwości - cząstki zamieni antycząstkami (C), odwróci kierunki niczym w lustrze (P) oraz zmieni kierunek przepływu czasu (T).

Asymetria barionowa - bo tak fachowo określa się dysproporcję między ilością dostrzegalnej materii i antymaterii - wynikać ma z różnic w budowie cząstek i antycząstek (czyli z łamania symetrii CP).

Fizycy w celu próby jej wyjaśnienia przyjrzeli się w Wielkim Zderzaczu Hadronów cząstkom zwanym barionami lambda-b i jej odpowiednikom w antymaterii - antybarionom lambda-b. Cząstki te, zgodnie z symetrią CP, powinny rozpadać się w identyczny sposób, jednak wcale tak się nie działo - cząstka i antycząstka rozpadały się co prawda na takie same "klocki" - albo na proton i dwa piony (mezony pi) albo na proton i dwa kaony, ale cząstki będące wynikiem rozpadu był odrzucane pod zupełnie różnymi kątami.

Nie jest to pierwszy taki przypadek - naruszenie symetrii C i P dało się zaobserwować już w latach 50 dla mezonu K, a w roku 2001 dla mezonu B - podczas eksperymentu BaBar. Najnowsza obserwacja jest jednak bardzo ważna, bo pokazuje ona pierwsze złamanie symetrii CP dla barionów, które mają inną budowę od mezonów - składają się wyłącznie z kwarków (a antybariony z antykwarków), wobec czego nie sądzono, że będą się one zachowywać jak mezony.

Póki co jednak trzeba poczekać na ich potwierdzenie - obecnie uzyskano bowiem istotność statystyczną obserwacji na poziomie 3.3 sigma, co oznacza, że istnieje szansa jeden do 4200, iż uzyskany rezultat jest wynikiem fluktuacji statystycznej - a więc jeszcze zbyt duża, by mówić o odkryciu. W nauce istotność 3 sigma oznacza naukowy dowód, natomiast 5 sigma odkrycie.

W badaniu brali udział naukowcy z Polskiej Akademii Nauk.

Źródło: , Zdj.: CC0