Artėjame prie didžiulės fizikos teorijų griūties: fizikai patvirtino „neįmanomą“ naujos formos atomo branduolio egzistavimą (Video)

„Atradome, kad tie branduoliai nukreipti erdvėje. Tai susiję su laiko kryptimi, kas rodo, jog yra apibrėžta laiko kryptis ir mes visada keliausime iš ateities į dabartį,“ BBC News sakė Marcus Scheck iš Vakarų Škotijos universiteto.

Iki šiol manyta, kad atomų branduoliai tegali būti vienos iš trijų formų – sferiški, disko formos, regbio kamuolio formos.

Tokias formas sukuria elektros krūvio pasiskirstymas branduolyje, ir jas apsprendžia specifinės protonų ir neutronų kombinacijos konkrečiame atome, – vandenilio atome, cinko atome, ar sudėtingame laboratorijoje sukurtame izotope.

Iki šiol manyta, kad atomų branduoliai tegali būti vienos iš trijų simetriškų formų – sferiški, disko formos, regbio kamuolio formos.

Bendras visų trijų formų faktorius yra jų simetriškumas, ir tai gerai dera su dalelių fizikos CP-Simetrijos teorija. CP-simetrija yra kombinacija dviejų simetrijų, kurios, manoma, egzistuoja Visatoje: C-Simetrija ir P-Simetrija.

C-simetrija, dar žinoma kaip krūvio simetrija, teigia, kad pakeitus atomo krūvį į priešingą, to atomo fizika turėtų išlikti tokia pat. Tad, jei paimtume, tarkime, vandenilio atomą ir antivandenilio atomą ir jais manipuliuotume, abu turėtų reaguoti identiškai, nors jų krūvis priešingas.

P-simetrija, dar vadinama paritetu, teigia, kad sistemą apibūdinančios erdvinės koordinatės gali būti apverstos per jų pradinį tašką taip, kad x, y ir z pasikeistų į -x, -y ir -z.

„Jūsų kairiajai ir dešiniajai rankai būdinga P-simetrija viena kitos atžvilgiu: jei pakelsite nykštį į viršų sugniaušite pirštus, kairioji ir dešinioji ranka viena bus viena kitos veidrodinis atspindys,“ paaiškina Ethan Siegel iš It Starts With a Bang.

CP-simetrija yra šių dviejų prielaidų kombinacija. „Pagal CP simetrijos teoriją, jei dalelė sukasi pagal laikrodžio rodyklę ir skyla viršun, jos antidalelė turėtų suktis prieš laikrodžio rodyklę ir skilti viršun 100% atvejų,“ sako Siegel. „Jei ne, CP pažeidžiamas.”

Galimybė, kad Visata iš tiesų gali pažeisti tiek C-simetriją, tiek ir CP-simetriją, yra viena iš prielaidų, pasiūlytų, stengiantis paaiškinti Visatos antimaterijos paslaptį. Bet jei tai būtų įrodyta, Standartinį fizikos modelį tektų rimtai permąstyti.

Pagal fizikos dėsnius, Didžiojo Sprogimo metu susidarė vienodas kiekis materijos ir antimaterijos, bet dabar, po milijardų metų, mus supa krūvos materijos (kietos, skystos, dujinės ir plazmos), bet antimaterijos beveik niekur gamtoje neregime.

„Tai glumina, nes reliatyvistinė kvantų mechanika rodo, jog šių dviejų substancijų turėtų būti po lygiai, “ rašo matematikas Gianluca Sarri iš Belfasto universiteto JK.

„Tiesą sakant, joks dabartinis modelis tokio materijos ir antimaterijos skirtumo negali paaiškinti.“

Grįžkime prie atomų branduolių formos. Dauguma fundamentalių fizikos teorijų remiasi simetrija, tad, kai CERN fizikai dar 2013 m. atrado asimetrišką kriaušės formos radžio-224 izotopo branduolį, tai sukėlė šoką, nes parodė, kad branduolys gali turėti daugiau masės viename gale, nei kitame.

Dabar, praėjus trims metams antrasis tyrimas atradimą patvirtino, parodęs, kad bario-144 izotopo branduolys irgi asimetriškas ir kriaušės formos.

„Protonų daugiau „kriaušės“ sustorėjime ir jie sukuria branduolyje specifinį krūvio pasiskirstymą,“ BBC sakė Scheckas. „Tai pažeidžia veidrodinę simetriją ir susiję su Visatoje regimu materijos ir antimaterijos pasiskirstymo netolygumu.“

Nors fizikai jau senokai įtarė, kad ¹⁴⁴Ba turi kriaušės formos branduolį, Scheckas su komanda galiausiai išsiaiškino, kaip tai galima stebėti tiesiogiai, ir paaiškėjo, kad netolygumas dar didesnis, nei įtarta.

Simetrijos pažeidimas gali būti susijęs su Visatoje regimu materijos ir antimaterijos pasiskirstymo netolygumu.

O ką bendro tai turi su kelionėmis laiku? Tai gan, sakykime, drąsi hipotezė, bet Scheckas sako, jog netolygus masės ir krūvio pasiskirstymas verčia ¹⁴⁴Ba branduolį „rodyti“ tam tikra erdvėlaikio kryptimi, ir šis polinkis galėtų paaiškinti, kodėl laikas tenori bėgti iš praeities į dabartį, o ne atgal, net jei fizikos dėsniams nerūpi, kuria kryptimi jis teka.

Žinoma, to įrodyti neįmanoma be naujų duomenų, bet šis atradimas – dar vienas ženklas, kad Visata nėra tokia jau simetriška, kaip turėtų būti pagal Standartinį fizikos modelį, galintis nuvesti į visai naują teorinės fizikos erą.

Tyrimas publikuotas Phyiscal Review Letters, nemokamai prieinamas arXiv.org.