В много ранните вселена, soon after the Big Bang, the ‘значение’ and the ‘antimatter’ both existed in equal amount. However, for the reasons unknown so far, the ‘значение‘ dominates the present вселена. The T2K researchers have recently shown occurrence of a possible Charge-Parity violation in neutrino and the corresponding anti-neutrino oscillations. This is a step forward in understanding why значение доминира над вселена.
Големият взрив (който се е случил преди около 13.8 милиарда години) и други свързани теории на физиката предполагат, че ранните вселена беше радиацията "доминираща" и "значение"и"антиматерия“ съществуваше в еднакво количество.
Но вселена което днес знаем, че доминира „материята“. Защо? Това е една от най-интригуващите мистерии на вселена, (1).
- вселена които знаем днес, започнаха с равни количества „материя“ и „антиматерия“, и двете бяха създадени по двойки, както би изисквал законът на природата, и след това бяха унищожени многократно, произвеждайки радиация, известна като „космическа фонова радиация“. В рамките на около 100 микросекунди от Големия взрив материята (частиците) по някакъв начин започна да превъзхожда античастицата, да речем една на всеки милиард и за секунди цялата антиматерия беше унищожена, оставяйки след себе си само материята.
Какъв е процесът или механизмът, който би създал този вид разлика или асиметрия между материята и антиматерията?
През 1967 г. руският теоретичен физик Андрей Сахаров постулира три условия, необходими за възникване на дисбаланс (или производство на материя и антиматерия с различни скорости) в вселена. Първото условие на Сахаров е нарушение на барионното число (квантово число, което остава запазено при взаимодействие). Това означава, че протоните се разпадат изключително бавно на по-леки субатомни частици като неутрален пион и позитрон. По подобен начин антипротон се разпада на пион и електрон. Второто условие е нарушението на симетрията на конюгацията на заряда, C, и симетрията на конюгацията на заряда, CP, наричана още нарушение на заряда на паритета. Третото условие е, че процесът, който генерира барионна асиметрия, не трябва да бъде в термично равновесие поради бързо разширяване, което намалява появата на анихилация на двойки.
Това е вторият критерий на Сахаров за нарушение на CP, който е пример за вид асиметрия между частиците и техните античастици, който описва начина, по който те се разпадат. Сравнявайки начина, по който се държат частиците и античастиците, т.е. начина, по който се движат, взаимодействат и се разпадат, учените могат да намерят доказателства за тази асиметрия. Нарушението на CP предоставя доказателство, че някои неизвестни физически процеси са отговорни за диференциалното производство на материя и антиматерия.
Известно е, че електромагнитните и „силните взаимодействия“ са симетрични спрямо C и P и следователно те също са симетрични под продукта CP (3). „Това обаче не е непременно така за „слабото взаимодействие“, което нарушава както C, така и P симетрии“ казва проф. Б. А. Робсън. Освен това той казва, че „нарушаването на CP при слаби взаимодействия предполага, че такива физически процеси могат да доведат до непряко нарушаване на барионното число, така че създаването на материя да бъде предпочитано пред създаването на антиматерия“. Некварковите частици не показват никакви CP нарушения, докато CP нарушенията в кварките са твърде малки и незначителни, за да има разлика в създаването на материя и антиматерия. И така, нарушението на CP в лептоните (неутрино) стават важни и ако се докаже, тогава ще отговори защо вселена е материята доминираща.
Въпреки че нарушението на симетрията на CP все още предстои да бъде доказано окончателно (1), но констатациите, докладвани от екипа на T2K наскоро показват, че учените са наистина близо до него. За първи път беше доказано, че преходът от частица към електрон и неутрино се предпочита пред прехода от античастица към електрон и антинеутрино, чрез изключително сложни експерименти в T2K (Токай до Камиока) (2). T2K се отнася до двойка лаборатории, японския изследователски комплекс за протонни ускорители (J-Parc) в Tokai и подземната обсерватория за неутрино Super-Kamiokande в Камиока, Япония, разделени от около 300 км. Протонният ускорител в Токай генерира частиците и античастиците от високоенергийни сблъсъци, а детекторите в Камиока наблюдават неутрино и техните антиматериални колеги, антинеутрино, като правят много прецизни измервания.
След анализа на няколко години данни в T2K, учените успяха да измерят параметъра, наречен делта-CP, който управлява нарушаването на CP симетрията при колебанията на неутрино и откриха несъответствието или предпочитанието за повишаване на скоростта на неутрино, което в крайна сметка може да доведе до потвърждението за нарушение на CP в начина, по който неутрино и антинеутрино осцилират. Резултатите, открити от екипа на T2K, са значими при статистическа значимост от 3-сигма или 99.7% ниво на сигурност. Това е важно постижение, тъй като потвърждението за нарушение на CP, включващо неутрино, е свързано с доминирането на материята в вселена. По-нататъшни експерименти с по-голяма база данни ще тестват дали това нарушение на лептонната CP симетрия е по-голямо от нарушението на CP в кварките. Ако е така, тогава най-накрая ще имаме отговор на въпроса Защо вселена е материята доминираща.
Въпреки че експериментът T2K не установява ясно, че е настъпило нарушение на CP симетрията, той е крайъгълен камък в смисъл, че категорично показва силно предпочитание за повишена скорост на електронни неутрони и ни отвежда по-близо до доказването на появата на нарушение на CP симетрия и в крайна сметка до отговорете „защо вселена е материята доминираща“.
***
Литература:
1. Tokyo University, 2020. „Резултатите от T2K ограничават възможните стойности на неутрино CP фаза -…..“ Съобщение за печата, публикувано на 16 април 2020 г. Достъпно онлайн на адрес http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Посетен на 17 април 2020 г.
2. The T2K Collaboration, 2020. Ограничение на фазата на нарушаване на симетрията материя-антиматерия при неутрино осцилации. Nature том 580, стр.339–344 (2020). Публикувано: 15 април 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Робсън, BA, 2018. Проблемът за асиметрия на материята и антиматерия. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
