Didžiausiame atomų daužytuve atrastos mūsų Visatos egzistavimo priežasties užuominos

„Tai – istorinis pasiekimas,“ sakė Sheldonas Stone'as, Syracuse'ų universiteto fizikos profesorius ir vienas iš naujojo tyrimo bendradarbių.

Materija ir antimaterija

Kiekviena materijos dalelė turi antidalelę – tokios pačios masės, tačiau priešingo elektros krūvio. Kai materija ir antimaterija susitinka, jos viena kitą sunaikina – įvyksta anihiliacija. Tai kelia problemą, nes Didžiojo Sprogimo metu turėjo susidaryti po tiek pat materijos ir antimaterijos, ir visos šios dalelės turėjo kaip mat viena kitą sunaikinti, vietoje savęs palikdamos vien energiją. Akivaizdu, taip nenutiko. Maždaug viena iš milijardo protonus ir neutronus sudarančių elementariųjų dalelių – kvarkų – išliko. Todėl egzistuoja mūsų visata. O tai reiškia, kad dalelės ir antidalelės turi būti ne visiškai identiškos, Stone'as paaiškino Live Science. Jos turėjo skilti šiek tiek skirtingai, kad susidarytų dabar stebimas materijos ir antimaterijos disbalansas. Fizikai šį savybių skirtumą vadina krūvio-pariteto (CP) pažeidimu

CP pažeidimo idėją 1967 metais pasiūlė fizikas Andrejus Sacharovas, kaip paiškinimą, kodėl materija išliko po Didžiojo Sprogimo.

„Tai yra vienas iš būtinų mūsų egzistavimo kriterijų,“ sakė Stone'as, „tad, suprasti CP pažeidimo prigimtį tikrai svarbu.“

Yra šeši skirtingomis avybėmis pasižyminčių kvarkų tipai: kylantysis (up) ir krentantysis (down), viršūninis (top) ir gelminis (bottom), bei keistasis (strange) ir žavusis (charm). 1964 metais fizikai pirmą kartą stebėjo CP pažeidimą su s kvarkais. 2001 metais jie išvydo tai vykstant su dalelėmis, turinčiomis b kvarkus. (Abu atradimai lėmė Nobelio premijas tyrimuose dalyvavusiems mokslininkams.) Fizikai jau seniai kėlė idėją, kad tai turėtų vykti ir su žavųjį kvarką turinčiomis dalelėmis, bet niekam to išvysti nepavyko.

Tikrai žavingasis

Stone'as yra vienas iš LHC(b) eksperimento dalyvių. Šiam eksperimentui naudojamas CERN LHC, 27 kilometrų ilgio žiedas Prancūzijos ir Šveicarijos pasienyje, kuriuo priešpriešai siunčiamos subatominės dalelės susidauždamos kuria gigantiškos energijos blyksnius, kurių sąlygos primena buvusias po Didžiojo Sprogimo. Susidurdamos dalelės subyra į sudedamąsias dalis, kurios per menką sekundės dalį suyra į stabilesnes daleles.

Naujausiuose stebėjimuose buvo fiksuojamos kvarkų kombinacijos, vadinamos mezonais, o konkrečiai D0 („d-zero“) mezonas ir anti-D0 mezonas. D0 mezoną sudaro vienas žavingasis kvarkas ir vienas antiviršūninis kvarkas (viršūninio kvarko antidalelė). Anti-D0 mezonas yra vieno anti-žavingojo ir vieno kylančiojo kvarko kombinacija.

Abu šie mezonai gali skilti daugybe būdų, bet mažos dalies skilimų produktai yra kaonai ar pionai. Tyrėjai matavo D0 ir anti-D0 mezonų skilimo skirtumą, – tam reikėjo atlikti netiesioginius matavimus, kad nebūtų matuojamas pradinis šių dviejų mezonų susidarymo skirtumas, ar įrangos galimybės fiksuoti įvairias daleles.

Ir kokia išvada? Skilimo santykio skirtumas skyrėsi viena dešimtąja procento.

„Tai reiškia, kad D0 ir anti-D0 neskyla tokiu pat santykiu, ir tai yra CP pažeidimas,“ sakė Stone'as.

Ir čia reikalai darosi įdomūs. Skilimo skirtumas tikriausiai nėra pakankamai didelis, kad galėtų paaiškinti, kas nutiko po Didžiojo Sprogimo, kad liko tiek daug materijos, nors pakankamai didelis, kad nustebintų, sakė Stone'as, pridurdamas, kad kol kas reikės žiūrėti, ką iš duomenų ištrauks fizikos teoretikai.

Aiškindami subatominiu masteliu vykstančius įvykius, fizikai remiasi vadinamuoju Standartiniu Modeliu. Dabar kyla klausimas, ar Standartinio modelio prognozės gali paaiškinti komandos atliktus žaviojo kvarko matavimus, ar tam reikės kažkokios naujos fizikos — tai, pasak Stone'o, būtų labiausiai jaudinanti pasekmė.

„Jei tai bus įmanoma paaiškinti tik nauja fizika, tai toje naujoje fizikoje gali būti užuominos apie CP pažeidimo kilmę,“ sakė jis.

Atradimą tyrėjai paskelbė CERN svetainėje ir internete publikavo rezultatus detaliai išdėstančio straipsnio juodraštį.

Stephanie Pappas
www.livescience.com