ЦЕРН: поймана частица, которая "переключается" между материей и антиматерией

Физики из Оксфорда обнаружили в данных Большого адронного коллайдера "переключение" субатомной частицы между состоянием частицы и собственной античастицы. Также учёные указали на то, что "ничтожная" разница в массе между двумя частицами могла спасти Вселенную от полной аннигиляции незадолго после её возникновения.

Мы подробно писали о том, что такое вещество и антивещество и почему наблюдаемый дисбаланс их количества во Вселенной так волнует учёных.

Вкратце напомним, что антиматерию часто называют "злым двойником" материи. Для каждой частицы существует её античастица, которая имеет немного отличные характеристики.

В случае встречи частицы и античастицы они аннигилируют (уничтожают друг друга), высвободив огромное количество энергии.

Немного сложной физики

Для лучшего понимания того, как учёные получили новый важный результат, слегка углубимся в дебри квантовой физики. Если же вам лень читать про кварки и их очарование, то смело переходите к следующему абзацу.

Итак, некоторые частицы, к примеру, фотоны (они же частицы света), на деле являются своими собственными античастицами. Кроме того, некоторые частицы могут находиться в странной комбинации частицы и античастицы одновременно благодаря такой квантовой причуде как суперпозиция состояний (известной многим благодаря аналогии в виде кота Шрёдингера). Последнее означает, что такие частицы очень быстро колеблются между состояниями материи и антиматерии.

Теперь в этот "закрытый клуб" вступила ещё одна частица – так называемый очарованный мезон (он же D-мезон). Эта субатомная частица обычно состоит из очарованного кварка и верхнего антикварка. Её эквивалент из антиматерии состоит из очарованного антикварка и верхнего кварка.

Обычно эти два состояния "отделены" друг от друга. Однако в новой работе британских учёных описан процесс, в котором очарованные мезоны могут произвольно переключаться между ними.

Как учёные поймали перебежчика?

На всякий случай повторим, что частицей, которая то и дело пересекает границу "материя-антиматерия", оказался очарованный мезон.

Таких перебежчиков выдала масса. Два состояния отличаются по этому параметру. И хотя это отличие ничтожно мало, физики всё же умудрились его "увидеть" в данных эксперимента LHCb. Чтобы вы понимали, что значит "ничтожно мало": разница в массах частицы и античастицы составляет всего 0,00000000000000000000000000000000000001 грамма.

Это невероятно точное измерение было сделано в ходе анализа данных, собранных во время запуска Большого адронного коллайдера.

Очарованные мезоны рождаются во время фотон-фотонных столкновений на БАК. Обычно они существуют всего несколько секунд и успевают пролететь всего несколько миллиметров, прежде чем распасться на другие частицы.

Исследовательская группа из Оксфордского университета сравнила пути очарованных мезонов и обнаружила, что некоторые из них успевают пролететь чуть большее расстояние. Так физики определили, что основным фактором, отвечающим за то, станет ли очарованный мезон своей античастицей, является его масса.

Так как на БАКе физики создают огромное количество фотонов и проводят много их столкновений, они могут видеть подобные "переключения" много-много раз. Соответственно, растёт и уверенность учёных в получаемом результате.

В данном случае усовершенствованные компьютерные алгоритмы позволили получить статистический параметр, который физики называют "пять сигма". То есть в данном открытии сомневаться не приходится.

Какое значение этот результат имеет для Вселенной?

Эта "крохотная" находка может иметь огромные последствия для понимания устройства Вселенной. Ведь согласно Стандартной модели физики элементарных частиц Большой взрыв должен был породить одинаковое количество материи и антиматерии.

Аннигилировав друг с другом, они должны были оставить после себя пустоту (но очевидно, что этого не произошло). Ответ на вопрос "Почему?" до сих пор не известен науке.

Почему-то материи родилось или осталось больше, чем антиматерии. Но какие процессы за это отвечали? Физики-теоретики и их коллеги экспериментаторы до сих пор ищут ответ.

Новое открытие позволяет выдвинуть одну любопытную гипотезу. Возможно, частицы наподобие очарованных мезонов переходят из состояния антиматерии в материю чуть чаще, чем из состояния материи в антиматерию.

Новые данные позволят исследователям определить частоту переходов "материя-антиматерия" и обратно, а также выяснить, верна ли эта гипотеза, и если да, то почему.

Ответ на этот вопрос может скрывать ключ к одной из главных загадок науки, пишет издание New Atlas.

Работа британских физиков принята к публикации в журнал Physical Review Letters, а пока доступна на сайте препринтов arXiv.org.

Напомним, ранее мы писали о другом явлении, которое может быть ответом на вопрос, почему мир ещё существует. Сообщали мы и о революционном эксперименте, в котором физики управляли антиматерией с помощью лазера.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".