Международна група физици получи най-убедителното към днешна дата потвърждение за нарушаване на една от фундаменталните симетрии на природата в поведението на елементарните частици. За първи път на учените са успели с висока статистическа достоверност да регистрират нарушението на така наречената CP-симетрия при разпадането на барионите — тежки частици, към които се отнасят, по-конкретно, протоните и неутроните, съставляващи материята на заобикалящия ни свят. Резултатите от експеримента позволяват по-добро разбиране защо Вселената практически изцяло се състои от материя, въпреки че след Големия взрив количеството на материята и антиматерията е трябвало да бъде еднакво.
CP-симетрията е едно от фундаменталните свойства на физичните закони. В опростен вид тя предполага, че процесите с участието на частици и съответстващите им античастици трябва да протичат по един и същ начин. Ако тази симетрия се спазваше абсолютно точно, то след раждането на Вселената материята и антиматерията трябваше да се анихилират напълно една с друга, оставяйки след себе си само излъчване. Наблюдаемата Вселена обаче свидетелства за обратното. Материята по някакъв начин е получила малко предимство, благодарение на което са възникнали звездите, планетите и, в крайна сметка, животът. Именно затова физиците вече няколко десетилетия се опитват да разберат по какъв начин природата нарушава тази симетрия.
Нарушението на CP-симетрията за първи път беше открито още през 1964 г. в поведението на каоните, а по-късно – и в разпадането на други частици. За това откритие бяха присъдени Нобелови награди по физика. Всички известни към днешна дата прояви на този ефект обаче се оказват твърде слаби, за да обяснят наблюдаваното доминиране на материята във Вселената.
Разпадането на барионите
Новата научна работа има особено съществено значение, тъй като за първи път става дума за достоверно наблюдение на нарушение на CP-симетрията при разпадането на барионите. Досега физиците разполагаха само с косвени доказателства за съществуването на подобно явление, а статистическата точност на резултатите не позволяваше да се говори за пълноценно откритие.
Експериментът беше проведен с детектора LHCb, който е специализиран в изучаването поведението на тежките кварки и редките процеси на разпадане на елементарните частици. Изследователите анализираха огромен масив от данни, натрупан през годините на работа на Големия адронен колайдер, и откриха, че някои видове бариони и техните античастици се разпадат с различна вероятност.
Статистическата значимост на получения резултат надхвърли традиционния за физиката на елементарните частици праг от пет стандартни отклонения, който се счита за достатъчен за официално признаване на откритието. С други думи, вероятността откритият ефект да е случайно съвпадение е изключително малка.
Само по себе си откритието не разкрива загадката за произхода на материята във Вселената. Откритото нарушение на CP-симетрията по своя мащаб все още не е в състояние напълно да обясни наблюдаваното количество вещество в космоса. Въпреки това то потвърждава, че подобни процеси могат да се проявяват в значително по-широк мащаб, отколкото се предполагаше по-рано.
Влиянието върху съвременната физикаЗа съвременната физика на елементарните частици това има принципно значение. Стандартният модел, който успешно описва по-голямата част от известните частици и взаимодействия, не е в състояние напълно да обясни асиметрията между материята и антиматерията. Именно затова търсенето на нови прояви на нарушаване на фундаменталните симетрии се счита за едно от най-перспективните направления в изследванията във физиката на високите енергии.
Полученият резултат също така показва, че дори повече от десет години след стартирането на Големия адронен колайдер той продължава да носи открития от фундаментален характер. Ако бъдещите експерименти открият допълнителни източници на нарушение на CP-симетрията, това може да се превърне в един от ключовете към разбирането защо Вселената изобщо съществува в онова състояние, в което я наблюдаваме днес.