In the very early вселена, soon after the Big Bang, the ‘matter’ and the ‘antimatter’ both existed in equal amount. However, for the reasons unknown so far, the ‘matter’ 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 matter dominates the 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 „материята“ и „антиматерия“ съществуваше в еднакво количество.
Но вселена that we know today is ‘matter’ dominant. Why? This is one of the most intriguing mysteries of 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?
In 1967, the Russian theoretical physicist Andrei Sakharov postulated three conditions necessary for an imbalance (or production of matter and antimatter at different rates) to occur in the вселена. First Sakharov condition is the baryon number (a quantum number that remains conserved in an interaction) violation. It means that protons decayed extremely slowly into lighter subatomic particles like a neutral pion and a positron. Similarly, an antiproton decayed into a pion and an electron. Second condition is the violation of charge conjugation symmetry, C, and charge conjugation-parity symmetry, CP also called Charge-Parity violation. Third condition is that the process that generates baryon-asymmetry must not be in thermal equilibrium due to rapid expansion decreasing the occurrence of pair-annihilation.
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“ says Prof. B.A. Robson. He further says that “the violation of CP in weak interactions implies that such physical processes could lead to indirect violation of baryon number so that matter creation would be preferred over antimatter creation’’. Non-quark particles do not show any CP violations whereas the CP violation in quarks are too small and are insignificant to have a difference in matter and antimatter creation. So, the CP violation in leptons (неутрино) become important and if it is proved then it would answer why the вселена is matter dominant.
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.
After the analysis of several years of data at T2K, scientists were able to measure the parameter called delta-CP, which governs the CP symmetry breaking in neutrino oscillation and found the mismatch or a preference for enhancement of the neutrino rate which can eventually lead to the confirmation of CP violation in the way neutrinos and antineutrinos oscillated. The results found by the T2K team are significant at statistical significance of 3-sigma or 99.7% confidence level. It’s a milestone achievement as confirmation of CP violation involving neutrinos is linked with the dominance of matter in the вселена. Further experiments with larger database will test whether this leptonic CP symmetry violation is larger than CP violation in quarks. If it is so then we will finally have the answer to the question Why the вселена is matter dominant.
Though the T2K experiment does not clearly establish that CP symmetry violation has occurred but it is a milestone in the sense that it conclusively shows a strong preference for enhanced electron neutron rate and takes us closer to prove the occurrence of CP symmetry violation and eventually to the answer ‘why the вселена is matter dominant’.
***
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
***
