В загадочном мире элементарных частиц, где материальные объекты имеют свои антиматериальные двойники, ученые из Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) сделали важный шаг вперед в понимании природы нашей Вселенной. Проект LHCb, один из экспериментов на Большом адронном коллайдере (LHC), впервые зафиксировал нарушение заряд-паритета (CP-нарушение) в распаде барионов — фундаментальных частиц материи, составляющих основу всего видимого мира. Этот прорыв отмечает новую эру в изучении причин дисбаланса между материей и антиматерией, который сформировал нашу Вселенную после Большого взрыва. Согласно современным космологическим теориям, в момент Большого взрыва должно было появиться одинаковое количество материи и антиматерии, которые по законам физики взаимоуничтожились бы друг с другом, оставив Вселенную, наполненную лишь энергией. Однако наблюдаемая реальность свидетельствует о том, что материи всё-таки оказалось немного больше, что дало возможность сформироваться галактикам, звёздам, планетам и, в конечном счёте, жизни.
Это противоречие долгое время оставалось одной из главных загадок науки. Ключом к разгадке может служить явление CP-нарушения искажения симметрии между частицами и их античастицами при взаимодействиях и распадах. Ранее подобные нарушения были обнаружены только у мезонов — частиц, состоящих из кварка и антикварка. Новое исследование показывает, что и барионы, частицы из трёх кварков, способны также нарушать CP-симметрию. Это открытие было достигнуто после девяти лет анализа огромных массивов данных, собранных при распаде почти одного триллиона частиц красотки-лямбда (beauty-lambda baryons).
Понимание того, как именно и почему происходит это нарушение, критично для объяснения того, как Вселенная эволюционировала от состояния, полного частиц и античастиц в равных долях, к той, в которой преобладает материя. Физик из CERN Сюэтин Ян, ведущий автор исследования, подчеркнул, что обнаружение CP-нарушения в барионах — лишь первый шаг, от которого зависит движение к более глубокому пониманию фундаментальных законов природы. Тем не менее текущая наблюдаемая разница в распаде составляет всего около 2,5%, что хоть и невелико, но статистически значимо и удивительно. Столь малый, но значимый процент разницы иллюстрирует сложность поиска новых явлений, выходящих за пределы Стандартной модели физики — теоретической основы, которая объясняет поведение элементарных частиц с высокой точностью, но не может ответить на ряд критических вопросов. Например, Стандартная модель не включает гравитацию и не объясняет темную материю и энергию, а также не полностью раскрывает причины материи-антиверсии.
Поэтому ученые рассчитывают, что наблюдение CP-нарушений в барионных системах может указывать на новые источники такого нарушения и, возможно, выйдет за рамки известной теории. В ходе эксперимента исследователи использовали уникальные возможности Большого адронного коллайдера, самого мощного ускорителя частиц в мире. Сложность заключается в том, что распад красотки-лямбда барионов происходит всего за триллионную долю секунды, и за этим процессом нужно внимательно наблюдать, используя детекторы с высокой точностью и производительностью. Задача ученых — выявить даже крошечные различия в поведении частиц и античастиц в этих распадах, что и было успешно реализовано силами команды LHCb. Открытие уже вызывает широкий резонанс в научном сообществе.
Теоретики, включая известного физика Шона Кэрролла, отмечают, что оно приносит новый импульс к исследованиям, связанным с вопросом, почему именно барионов во Вселенной гораздо больше, чем антибарионов. Хотя пока это открытие не объясняет полностью барионную асимметрию, оно представляет важный экспериментальный факт, который необходимо учитывать при разработке новых теорий. Помимо непосредственного вклада в фундаментальную физику, результаты исследования укрепляют позицию CERN как глобального центра передовых исследований. Их научная инфраструктура и международное сотрудничество позволяют обрабатывать гигантские объёмы данных и реализовывать сложные проекты, которые двигают человечество к пониманию самых загадочных вопросов бытия. Однако несмотря на фундаментальное значение открытия, физики признают, что дело далеко не закрыто.
Напротив, оно открывает дорогу к новым экспериментам и теоретическим исследованиям. Ученые намерены продолжить сбор данных и искать другие каналы CP-нарушения, а также новые частицы или взаимодействия, которые помогут раскрыть тайны невидимой части Вселенной. Важно, чтобы мы не останавливались на достигнутом, ведь даже маленькие шаги, как это обнаружение 2,5% различия, могут привести к революционным изменениям в нашем понимании мира. Таким образом, прорыв CERN в обнаружении CP-нарушения в барионах является значимым шагом к ответу на одну из величайших загадок космоса — почему материальная Вселенная доминирует над антиматерией. Этот результат не только расширяет наши знания о микромире, но и поддерживает надежду на новые открытия, которые помогут человечеству приблизиться к полному пониманию природы пространства, времени и материи.
На пути к разгадке великой тайны материи и антиматерии работы CERN продолжаются, и каждый новый эксперимент — это ещё один ключ к покорению глубин космоса и самого себя.
