Ученые на шаг ближе к разгадке тайны существования Вселенной: открытие асимметрии материи и антиматерии в барионах
Одна из величайших загадок космологии — почему Вселенная существует, несмотря на то, что после Большого взрыва материя и антиматерия должны были уничтожить друг друга, — возможно, стала немного ближе к разгадке. Благодаря новым данным, полученным на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, ученые впервые обнаружили ключевое отличие в поведении барионов и их античастиц. Это открытие может объяснить, почему в нашей Вселенной преобладает материя.
Парадокс материи и антиматерии
Согласно Стандартной модели физики частиц, в момент рождения Вселенной материя и антиматерия должны были образоваться в равных количествах. При их взаимодействии происходит аннигиляция — превращение в чистую энергию. Если бы этот процесс прошел симметрично, современный космос был бы пустым. Однако мы существуем в мире, наполненном галактиками, звездами и планетами, что указывает на явный перевес материи.
Ученые давно предполагали, что причина этого дисбаланса кроется в нарушении CP-симметрии (зарядово-пространственной четкости) — явлении, при котором частицы и античастицы ведут себя по-разному. До сих пор этот эффект наблюдался только у мезонов (частиц, состоящих из пары кварк-антикварк), но его масштабы были недостаточны, чтобы объяснить доминирование материи.
Прорыв: асимметрия обнаружена в барионах
Новое исследование, проведенное на БАК, впервые выявило нарушение CP-симметрии в барионах — частицах, состоящих из трех кварков (как протоны и нейтроны, из которых состоит видимая материя). Ученые изучали лямбда-b-барионы и их античастицы, проанализировав более 80 000 случаев их распада.
Оказалось, что барионы и антибарионы распадаются с небольшой, но статистически значимой разницей. Эта асимметрия, измеренная с высокой точностью, подтверждает, что нарушение CP-инвариантности существует не только в мире мезонов, но и среди частиц, составляющих основу материи.
Почему это важно?
- Барионы — строительные блоки Вселенной. Если их взаимодействие с антиматерией отличается, это могло привести к тому, что после Большого взрыва сохранился даже крошечный избыток материи (примерно одна лишняя частица на миллиард аннигиляций). Со временем этот дисбаланс привел к формированию галактик, звезд и планет.
- Новые горизонты для физики. Открытие указывает на возможные пробелы в Стандартной модели и подталкивает ученых к поиску более глубоких законов природы.
Что дальше?
Результаты исследования, опубликованные на сервере препринтов , еще требуют дополнительной проверки. В ближайшие годы физики планируют изучить другие типы барионов, чтобы определить, является ли асимметрия универсальным явлением.
После 2030 года, когда БАК модернизируют для еще более высокоэнергетических столкновений, эксперименты могут принести новые сенсации. Если окажется, что нарушение CP-симметрии шире, чем считалось, это откроет путь к новым теориям происхождения Вселенной.
«Мы только начинаем понимать, почему существует наш мир«, — говорит один из авторов исследования. «Но каждый такой шаг приближает нас к разгадке величайшей тайны мироздания«.