Эксперимент LHCb выявил асимметрию в поведении частиц, называемых барионами
Одна из величайших загадок современной физики — вопрос о том, почему Вселенная состоит преимущественно из материи, так как если бы изначально было равное количества материи и антиматерии, они, согласно теории, должны были аннигилировать вскоре после Большого взрыва. Новые данные, полученные в эксперименте LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК), могут пролить свет на эту проблему. Ученые впервые зафиксировали нарушение CP-симметрии в барионах — классе частиц, к которому относятся протоны и нейтроны, составляющие основу видимой материи.
Согласно стандартным космологическим моделям, Большой взрыв должен был породить равное количество материи и антиматерии. Однако их взаимодействие привело бы к полной аннигиляции, оставив после себя лишь излучение. Но поскольку мы существуем в мире, наполненном материей, очевидно, что в ранней Вселенной на каком-то этапе возник дисбаланс. Физики предполагают, что этот перекос мог быть вызван нарушением фундаментальной симметрии, известной как CP-инвариантность (зарядово-пространственная симметрия).
В 1964 году в эксперименте с K²-мезонами (каонами) впервые было обнаружено нарушение CP-симметрии: оказалось, что эти частицы и их античастицы распадаются с разной вероятностью. Позже аналогичные эффекты наблюдались и у других мезонов, но их масштаб был слишком мал, чтобы объяснить доминирование материи во Вселенной.
Долгое время нарушение CP-симметрии не удавалось зафиксировать в барионах — более массивных частицах, включающих три кварка (в отличие от мезонов, состоящих из кварка и антикварка). Новое исследование LHCb изменило эту ситуацию.
Ученые сосредоточились на изучении лямбда-барионов (Λb) и их античастиц. Если CP-симметрия строго соблюдается, их распады должны происходить с одинаковой скоростью. Однако анализ более 80 000 событий распада показал статистически значимое отклонение: разница в вероятностях распада составила 2,45% (с достоверностью 5,2σ).
Этот результат имеет принципиальное значение, поскольку впервые демонстрирует нарушение CP-симметрии в барионах. Хотя величина эффекта не объясняет полностью дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной, она указывает на возможное влияние неизвестных механизмов, выходящих за рамки Стандартной модели.
Открытие подчеркивает важность изучения редких процессов с высокой точностью. Коллаборация LHCb продолжает анализ данных, включая информацию, собранную после модернизации детектора. Ученые надеются обнаружить дополнительные примеры CP-нарушений, которые помогут уточнить теоретические модели.
Как отмечает Винченцо Ваньони, представитель LHCb, чем больше систем демонстрируют асимметрию материи и антиматерии, тем ближе наука к разгадке тайны возникновения Вселенной. Возможно, за пределами Стандартной модели скрываются новые частицы или взаимодействия, ответственные за наблюдаемый дисбаланс.
Результаты LHCb открывают новую главу в исследовании CP-нарушений, приближая нас к пониманию того, почему материя преобладает над антиматерией. Хотя предстоит еще много работы, это открытие подтверждает, что даже небольшие отклонения в поведении частиц могут иметь глобальные последствия для эволюции вселенной.
Исследование представлено для публикации в журнале Nature, а его препринт доступен на arXiv.
Может есть причина такого распада.
Например, в вакууме рождаются и аннигилируют виртуальные частицы. И когда мы проводим эксперимент, то часть античастиц реагируют с обычной материей — которой вокруг намного больше.
И остаются следовательно в большем количестве обычные квазичастицы.
Тогда при распаде лямбда-барионов (Λb) они уже взаимодействую в большем количестве с частицами, чем с античастицами.
Ну и в этом случае распадаются следовательно быстрее — анти лямбда-барионы (Λb), чем не анти. (Или наоборот, но смысл я думаю понятен. Я не знаю что именно может влиять на их распад.)