Понимание того, почему материя смогла пережить антиматерию после Большого взрыва, является одной из самых важных загадок современной физики. В обычных условиях частицы материи и антиматерии, обладая равными массами, но противоположными электрическими зарядами, при столкновениях взаимно уничтожают друг друга, превращаясь в энергию. Согласно классическим моделям, сразу после рождения нашей Вселенной должно было образоваться равное количество материи и антиматерии, что привело бы к их взаимному уничтожению и отсутствию вещества во Вселенной. Однако реальность оказалась иной: материя выжила, и именно из неё сформировались галактики, звёзды, планеты и мы с вами. Новейшие результаты, полученные исследователями на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, проливают свет на этот фундаментальный вопрос.
Международная команда учёных продемонстрировала, что существует тонкое, но измеримое нарушение так называемой зарядно-паритетной (CP) симметрии в поведении частиц – ключевой механизм, объясняющий преобладание материи над антиматерией. Нарушение CP-симметрии означает, что законы физики несколько по-разному действуют на частицы и их античастицы. Это незначительное смещение оказалось решающим на самом раннем этапе возникновения Вселенной. В результате его воздействия на каждую миллиардную пару частица материи получила «преимущество» перед своей антиматерией и не была уничтожена. За 13.
8 миллиардов лет это небольшое преимущество превратилось в огромный массив материи, составляющий всё, что мы можем наблюдать. Работы, опубликованные в журнале Nature, опираются на данные, собранные в период с 2011 по 2018 год. В экспериментах, проведённых на детекторе LHCb, учёные исследовали трансформации частиц, родственных протонам и нейтронам, чтобы изучить различия в скорости распада и других свойствах вещества и антивещества. Именно такие эксперименты обеспечивают подробную картину того, как CP-нарушения проявляются не только в стандартных моделях физики, но и в сложных взаимодействиях, происходивших в первые мгновения после Большого взрыва. Главным открытием стало то, что наблюдаемые различия, хоть и очень малы по масштабу, статистически значимы и не могут быть объяснены существующими теориями без расширения.
Это предполагает, что для полного понимания истории Вселенной и того, что именно привело к выживанию материи, необходимо дополнительно исследовать новые физические эффекты и, возможно, разработать модели за пределами Стандартной модели физики частиц. Важность этого открытия состоит в том, что оно помогает ответить на вопрос, почему наша вселенная именно такая, какова она есть. Без нарушения CP-симметрии, предсказанного теоретически, мы бы жили в пустой вселенной, где вещество и антиматерия взаимно уничтожились бы. Данные эксперименты укрепляют представления о том, что в фундаментальных взаимодействиях существует элемент асимметрии, играющий ключевую роль в эволюции космоса. Учёные продолжают активные поиски других проявлений CP-нарушений в различных системах частиц.
Изучение кварков, лептонов и других субатомных частиц помогает раскрыть ещё больше деталей, которые в дальнейшем могут привести к открытию новых сил или частиц, способных дать более полное объяснение превосходству материи в нашей Вселенной. Конечно, эти процессы крайне сложны и требуют огромных ресурсов и времени для проведения экспериментов на Больших адронных коллайдерах и других ускорителях частиц. Но уже сегодняшние результаты вселяют надежды и дают направление для будущих исследований в фундаментальной физике. Резюмируя, открытие нарушения зарядно-паритетной симметрии в поведении частиц, проведённое учёными на основе экспериментов ЦЕРН, значительно продвинуло понимание того, как материя смогла остаться в нашей вселенной. Это открытие является шагом к ответу на один из самых глубоких вопросов в науке: почему существует что-то, а не ничего.
Новые данные не только подтверждают важную роль CP-нарушений, но и подталкивают к разработке новых теоретических моделей, которые позволят ещё лучше раскрыть тайны рождения и эволюции Вселенной.
