Физики уже семь десятилетий бьются над вопросом, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Анализ распада некоторых субатомных частиц, наблюдаемых с помощью Большого адронного коллайдера, предоставил два небольших фрагмента головоломки, хотя до полной картины все еще далеко, пишет iflScience.

Во Вселенной много материи и очень мало антиматерии. Это очень важно для существования нашего мира в том виде, какой он есть. Если бы материи и антиматерии в начале истории космоса оказалось поровну, частицы постоянно аннигилировали бы, превращаясь в какие-то другие. Однако почему есть такая ассиметрия в количетве материи до сих пор загадка — по расчетам материи и антиматерии должно быть поровну.

В течение десятилетий ученые наблюдали намеки на объяснение в распадах частиц, которые нарушают симметрию, но в этих случаях остается лишь небольшой избыток материи. Этого недостаточно для объяснения наблюдаемого во Вселенной дисбаланса.

Необходимо найти больше распадов, нарушающих симметрию, и эксперимент с b-кварками, которые еще назвают «красивыми» на Большом адронном коллайдере был такой попыткой. Две статьи, анализирующие его результаты, сообщают о новых примерах нарушения симметрии.

В 2011-2012 годах в БАКе с огромной силой сталкивали протоны, чтобы произвести множество продуктов распада, многие из которых очень нестабильны и быстро исчезают, образуя новые частицы. Некоторые короткоживущие продукты распада представляют интерес, поскольку они содержат очарованные и красивые кварки. И то, и другое — разновидности самых фундаментальных частиц, из которых состоит все во Вселенной.

Мезоны — это субатомные частицы, которые имеют одинаковое количество кварков и антикварков. Например, π + пион состоит из верхнего кварка и нижнего антикварка (верхние и нижние — тоже разновидности кварков). Нижние кварки (или антикварки) имеют более чем в два раза большую массу, чем верхние. Из-за этой разницы они не уничтожают друг друга. Тем не менее, мезоны распадаются довольно быстро, предоставляя решающую возможность для нарушения симметрии.

В одной статье, вышедшей в Physical Review Letters, сообщается о распаде заряженных мезонов. Они состоят из двух частей: красивого кварка или антикварка и одного из антикварков — верхнего, нижнего или странного. Оказалось, что структуры с красивым антикварком распадаются быстрее, чем с кварком. То есть антиматерия в данном случае распадается быстрее, чем материя. Более быстрый распад антиматерии — это именно то, что может объяснить нарушения симметрии.

Во второй статье, которая была доступна в виде препринта здесь, описан другой пример нарушения симметрии, на этот раз в прелестных барионах. Барионы — частицы состоящие из трех кварков. По крайней мере один кварк в прелестном барионе должен тоже быть прелестным (то же самое, что «красивый»). Прелестный барионы также распадаются: в их случае на барион другого типа и два заряженных K-мезона (частица, содержащая один странный антикварк и один u- или d-кварк).

Здесь снова симметрия была нарушена: эксперимент показал разную скорость распада в зависимости от того, был вовлечен красивый кварк или антикварк. Это особенно важно, поскольку Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает этот результат, но он никогда не был подтвержден экспериментально ранее.

Приближается разгадка тайны, почему во Вселенной так много материи и куда делась антиматерия

Появилось новое доказательство загадочной ассиметрии материи вскоре после Большого взрыва