Ученые пролили свет на асимметрию вещества и антивещества

Ученые-физики из США стали ближе к пониманию того, по какой причине наша Вселенная состоит в большей степени не из антивещества, а из вещества.
Результаты эксперимента под названием CDF, подтвердили полученные ранее сведения, что скорость распада некоторых элементарных частиц вещества отличается от скорости распада их аналогов из антивещества.

Подтверждение этому было представлено на конференции, проводимой в Италии по физике элементарных частиц. Факт различия скоростей распада частиц помогут объяснить причину того, почему в нашей Вселенной больше вещества, а не антивещества. Проводили этот эксперимент в штате Иллинойс на закрытом в настоящее время ускорителе Tevatron. Физики-теоретики полагают, что в результате Большого Взрыва должно было образоваться вещество и равное ему количество антивещества. Тем не менее, Вселенная состоит в большей степени из вещества.

Присутствие антивещества встречается достаточно редко: его частицы можно наблюдать в ускорителях элементарных частиц, оно возникает в результате ядерных реакций и присутствует в космических лучах. Отсюда возникает вопрос, куда могло деться все первичное антивещество, которое образовалось после Большого Взрыва? Эту загадку и пытаюсь разгадать ученые-физики мира. Скорость распада частиц антивещества быстрее? Результаты, полученные американскими физиками, были подтверждены выводами исследователей, принимавших участие в эксперименте LHCb, который проводился на большом андронном коллайдере в ноябре прошлого года.

Суть этого эксперимента состоял в изучении процесса распада D0-мезонов, состоящих из одного так называемого очарованного кварка (с-кварк) и одного верхнего кварка (u-антикварк) или верхнего кварка и очарованного антикварка. Ученые-физики пытались найти причину нарушения зарядовой и пространственной симметрии, которую называют также СР-инвариантность, то есть искали различия в процессах, связанных с античастицами и частицами.
По мнению исследователей, именно из-за СР-нарушения антиматерия пропала из нашей Вселенной, которая должна была образоваться в результате Большого Взрыва том же количестве, что и материя. Для объяснения отсутствия частиц антивещества нарушение симметрии должно быть больше на 10 порядков.
Одной из целей эксперимента LCHb, проводимом на одноименном детекторе Большого андронного коллайдера, являлось пристальное исследование нарушения СР-инвариантности, а также поиск новых частиц, которые усиливают действие этого механизма.

Результат эксперимента показал, что величина расхождения между материей и антиматерией оказалось равна примерно 0,8%, то есть в 10 раз превосходя показатель в современной физической теории. Вычисление статистической значимости, то есть вероятности, не случайно ли это отклонение от среднего значения, не так невелика – она составляет 3 стандартных отклонения, в то время как для признания открытия достаточно 5 таких величин. Таким образом, вещество распадалось с меньшей скоростью, чем антивещество.

Схожие величины обоих опытов являются весьма необычным результатом. Ученым пока не ясно, о чем это говорит — о начале новой физике или более углубленном понимании Стандартной модели. В июне 2010 года проводился еще один эксперимент, явившийся подтверждением значительной симметрии вещества и антивещества. Ученые, работающие на ускорителе Tevatron, наблюдали различие в 1% в скоростях образования пар мюонов и анти-мюонов. Физики до сих пор продолжают анализировать данные, несмотря на то, что правительство США прекратило финансирование этого ускорителя в сентябре позапрошлого года до 2014 года.