На Большом адронном коллайдере раскрыли тайну антиматерии

По словам оксфордских физиков, анализирующих данные Большого адронного коллайдера, субатомная частица может переключаться между материей и антивеществом. Оказывается, непостижимо крошечная разница в весе между двумя частицами могла спасти Вселенную от аннигиляции вскоре после ее начала.

Антивещество - своего рода "злой двойник" нормальной материи, но они удивительно похоже - фактически, единственная реальная разница в том, что антивещество имеет противоположный заряд. Это означает, что если когда-либо соприкоснется материя и частица антивещества, они уничтожат друг друга в виде всплеска энергии.

Чтобы усложнить ситуацию, некоторые частицы, такие как фотоны, на самом деле являются собственными античастицами. Другие даже существовали как причудливая смесь обоих состояний одновременно, благодаря квантовой причуде суперпозиции (наиболее хорошо проиллюстрированной мысленным экспериментом кота Шредингера). Это означает, что эти частицы фактически колеблются между материей и антивеществом.

И вот к этому эксклюзивному клубу присоединилась новая частица - очаровательный мезон. Эта субатомная частица обычно состоит из очаровательного кварка и ап-антикварка, в то время как ее эквивалент в антивеществе состоит из очаровательного антикварка и ап-кварка. Обычно эти состояния хранятся отдельно, но новое исследование показывает, что очаровательные мезоны могут спонтанно переключаться между ними.

Что в конечном итоге выдало секрет, так это то, что два состояния имеют немного разные массы. И мы имеем в виду "немного" до крайности - разница всего 0,00000000000000000000000000000000000001 грамма.

Это невероятно точное измерение было получено из данных, собранных во время второго запуска Большого адронного коллайдера физиками Оксфордского университета. Очаровательные мезоны образуются на БАК в протон-протонных столкновениях, и обычно они проходят всего несколько миллиметров, прежде чем распадутся на другие частицы.

Сравнивая очаровательные мезоны, которые стремятся путешествовать дальше, и те, которые распадаются раньше, команда определила различия в массе как главный фактор, определяющий, превращается ли очарованный мезон в антиочарованный мезон или нет.

Эта крошечная находка может иметь гигантские последствия для Вселенной. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, Большой взрыв должен был произвести материю и антивещество в равных количествах, и со временем все это столкнулось бы и аннигилировало, оставив космос в очень пустом месте. Очевидно, этого не произошло, и каким-то образом материя стала доминировать, но что вызвало этот дисбаланс?

Одна из гипотез, выдвинутая новым открытием, заключается в том, что частицы, подобные очаровательному мезону, будут переходить из антивещества в материю чаще, чем из материи в антивещество.

Исследование того, правда ли это - и если да, то почему - может стать важным ключом к разгадке одной из самых больших загадок науки. Исследование было отправлено в журнал Physical Review Letters и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv.