Новости космоса и технологий. » Физика » Открытие проливает свет на великую загадку того, почему во Вселенной меньше антивещества, чем материи

Открытие проливает свет на великую загадку того, почему во Вселенной меньше антивещества, чем материи

Опубликовал: Admin, 22-12-2020, 10:27, Физика, 63, 0

Открытие проливает свет на великую загадку того, почему во Вселенной меньше антивещества, чем материи

Это одна из величайших загадок физики. Все частицы, из которых состоит окружающее нас вещество, такие как электроны и протоны, имеют почти идентичные версии антивещества, но с зеркальными свойствами, такими как противоположный электрический заряд. Когда антивещество и частица материи встречаются, они аннигилируют во вспышке энергии.

Если антивещество и материя действительно идентичны, но являются зеркальными копиями друг друга, они должны были быть произведены в равных количествах во время Большого взрыва. Проблема в том, что это все бы уничтожило. Но сегодня во Вселенной почти не осталось антивещества - оно появляется только в некоторых радиоактивных распадах и в небольшой части космических лучей. Так что же с этим случилось? Использование LHCb эксперимент в ЦЕРНе, чтобы изучить разницу между материей и антивеществом, у нас есть открыл новый способ что эта разница может появиться.

Существование антивещества было предсказано физиком Поль Дирак уравнение, описывающее движение электронов в 1928 году. Сначала было неясно, было ли это просто математической причудой или описанием реальной частицы. Но в 1932 году Карл Андерсон обнаружил антивещество, партнер электрона - позитрон - при изучении космических лучей, падающих на Землю из космоса. В течение следующих нескольких десятилетий физики обнаружили, что все частицы материи имеют партнеров из антивещества.

Ученые полагают, что в очень горячем и плотном состоянии вскоре после Большого взрыва должны были происходить процессы, в которых материя отдавала предпочтение антивеществу. Это создало небольшой избыток материи, и когда Вселенная остыла, все антивещество было разрушено или аннигилировано равным количеством вещества, оставив крошечный избыток вещества. И именно этот избыток составляет все, что мы видим во Вселенной сегодня.

Неясно, какие именно процессы привели к появлению излишка, и физики внимательно следят за этим на протяжении десятилетий.

Известная асимметрия

Поведение кварков, которые являются фундаментальными строительными блоками материи наряду с лептонами, может пролить свет на разницу между материей и антивеществом. Кварки бывают разных видов , или «ароматы», известные как верх, низ, очарование, странность, низ и верх плюс шесть соответствующих антикварков.

Верхние и нижние кварки составляют протоны и нейтроны в ядрах обычной материи, а другие кварки могут образовываться в результате процессов высоких энергий, например, при столкновении частиц в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдерЦЕРН.

Частицы, состоящие из кварка и антикварка, называются мезонами, и есть четыре нейтральных мезона (B 0 , B 0 , D 0 И K 0 ), Которые проявлять увлекательное поведение. Они могут спонтанно превращаться в своего партнера-античастицу, а затем обратно, явление, которое впервые наблюдалось в 1960 году. Поскольку они нестабильны, они «распадутся» - развалятся - на другие более стабильные частицы в какой-то момент во время своего существования. колебание. Этот распад для мезонов происходит несколько иначе, чем для антимезонов, что в сочетании с осцилляцией означает, что скорость распада меняется со временем.

Правила колебаний и распадов задаются теоретической структурой, называемой Механизм Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) . Он предсказывает, что есть разница в поведении материи и антивещества, но такая разница слишком мала, чтобы генерировать избыток материи в ранней Вселенной, необходимый для объяснения изобилия, которое мы видим сегодня.

Это указывает на то, что мы чего-то не понимаем, и что изучение этой темы может поставить под сомнение некоторые из наших самых фундаментальных теорий в физике.

Новая физика?

Наш недавний результат эксперимента LHCb - исследование нейтрального B 0 мезоны, глядя на их распады на пары заряженных K-мезонов. Б 0 мезоны были созданы путем столкновения протонов с другими протонами в Большом адронном коллайдере, где они колебались в свой антимезон и возвращались обратно три триллиона раз в секунду. Столкновения также создали анти-B 0 мезоны, которые колеблются одинаково, давая нам образцы мезонов и антимезонов, которые можно было бы сравнить.

Мы подсчитали количество распадов в двух выборках и сравнили эти два числа, чтобы увидеть, как эта разница менялась по мере развития колебаний. Была небольшая разница - больше распадов произошло для одного из B 0 мезоны. И впервые для B 0 мезонов, мы наблюдали, что разница в распаде или асимметрии изменяется в зависимости от колебаний между B 0 мезон и анти- мезон .

Помимо того, что мы стали важной вехой в изучении различий материи и антивещества, мы также смогли измерить размер асимметрий. Это можно перевести в измерения нескольких параметров лежащей в основе теории. Сравнение результатов с другими измерениями обеспечивает проверку согласованности, чтобы увидеть, является ли принятая в настоящее время теория правильным описанием природы. Поскольку небольшое предпочтение материи антивеществу, которое мы наблюдаем в микроскопическом масштабе, не может объяснить подавляющее изобилие материи, которое мы наблюдаем во Вселенной, вполне вероятно, что наше нынешнее понимание является приближением более фундаментальной теории.

Исследование этого механизма, который, как мы знаем, может генерировать материю - антиматерия асимметрии, исследуя их под разными углами, могут сказать нам, в чем проблема. Изучение мира в самом маленьком масштабе - наш лучший шанс понять, что мы видим в самом большом масштабе.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии