Мезоны могут переключаются между материей и антивеществом

По словам оксфордских физиков, анализирующих данные Большого адронного коллайдера, субатомная частица мезон может переключаться между материей и антивеществом. Оказывается, непостижимо крошечная разница в весе двух частиц могла спасти Вселенную от аннигиляции вскоре после Большого взрыва.

Антивещество — своего рода «злой двойник» нормальной материи, но они удивительно похоже — фактически, единственная реальная разница в том, что антивещество имеет противоположный заряд. Это означает, что если когда-либо соприкоснется материя и частица антивещества, они уничтожат друг друга в виде всплеска энергии.

Некоторые частицы, такие как фотоны, являются собственными античастицами. Другие частицы даже существовали как причудливая смесь обоих состояний одновременно, благодаря квантовой причуде суперпозиции (наиболее хорошо проиллюстрированной мысленным экспериментом кота Шредингера). Это означает, что они фактически колеблются между материей и анти-материей.

И вот к этому эксклюзивному клубу присоединилась новая частица — очарованный мезон. Эта субатомная частица обычно состоит из очарованного кварка и верхнего анти-кварка, в то время как ее эквивалент в антивеществе состоит из очарованного анти-кварка и верхнего кварка (имя мезону дает тяжелейший из двух кварков).

Обычно эти состояния хранятся отдельно, но новое исследование показывает, что очарованные мезоны могут спонтанно переключаться между ними.

Это невероятно точное измерение было получено из данных, собранных во время второго запуска Большого адронного коллайдера физиками Оксфордского университета. Очарованные мезоны образуются на БАК в протон-протонных столкновениях, и обычно они успевают пролететь всего несколько миллиметров, прежде чем распадутся на другие частицы.

Сравнивая очарованные мезоны, которые стремятся путешествовать дальше, и те, которые распадаются раньше, команда физиков определила различия в массе как главный фактор, определяющий, превращается ли очарованный мезон в очарованный анти-мезон или нет.

Эта крошечная находка может иметь гигантские последствия для Вселенной. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, Большой взрыв должен был произвести материю и антивещество в равных количествах, и со временем все это столкнулось бы и аннигилировало, оставив после себя пустоту.

Очевидно, этого не произошло, и каким-то образом материя стала доминировать во вселенной, но что вызвало этот дисбаланс?

Одна из гипотез, выдвинутая новым открытием, заключается в том, что частицы, подобные очарованному мезону, будут переходить из антивещества в материю чаще, чем из материи в антивещество. Исследование того, правда ли это — и если да, то почему — может стать важным ключом к разгадке одной из величайших тайн науки.

Исследование было отправлено в журнал Physical Review Letters и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv.