У дуже ранньому всесвіт, незабаром після Великого вибуху,питанняі «антиматерія» існували в однаковій кількості. Однак з невідомих поки що причинпитання' домінує над сучасністю всесвіт. Дослідники T2K нещодавно продемонстрували наявність можливого порушення паритету заряду в нейтрино та відповідних коливань антинейтрино. Це крок вперед у розумінні чому питання домінує над всесвіт.
Великий вибух (який стався близько 13.8 мільярдів років тому) та інші пов'язані з ним теорії фізики припускають, що ранні всесвіт була радіація "домінуючим" і "питання"і"антиречовину' існували в рівній кількості.
Але всесвіт що ми знаємо сьогодні, домінує «матерія». чому Це одна з найбільш інтригуючих таємниць всесвіт. (1).
Команда всесвіт що ми знаємо сьогодні, почалося з рівних кількостей «матерії» та «антиматерії», обидва були створені парами, як того вимагає закон природи, а потім були знищені, неодноразово створюючи випромінювання, відоме як «космічне фонове випромінювання». Протягом приблизно 100 мікросекунд після Великого вибуху матерія (частинки) якимось чином почала перевищувати кількість античастинок, скажімо, одна на кожен мільярд, і за лічені секунди вся антиматерія була знищена, залишивши лише матерію.
Який процес чи механізм створив би таку різницю чи асиметрію між речовиною та антиматерією?
У 1967 році російський фізик-теоретик Андрій Сахаров постулював три умови, необхідні для виникнення дисбалансу (або виробництва матерії та антиматерії з різною швидкістю) у всесвіт. Першою умовою Сахарова є порушення баріонного числа (квантового числа, яке зберігається при взаємодії). Це означає, що протони дуже повільно розпадаються на більш легкі субатомні частинки, такі як нейтральний піон і позитрон. Так само антипротон розпався на піон і електрон. Другою умовою є порушення симетрії зарядового спряження, C, і симетрії зарядового спряження-парності, CP, яке також називають порушенням зарядової парності. Третя умова полягає в тому, що процес, який генерує баріонну асиметрію, не повинен перебувати в тепловій рівновазі через швидке розширення, що зменшує виникнення парної анігіляції.
Це другий критерій Сахарова щодо порушення CP, який є прикладом своєрідної асиметрії між частинками та їх античастинками, що описує спосіб їх розпаду. Порівнюючи поведінку частинок і античастинок, тобто спосіб їхнього руху, взаємодії та розпаду, вчені можуть знайти докази цієї асиметрії. Порушення CP є доказом того, що деякі невідомі фізичні процеси є відповідальними за диференціальне виробництво матерії та антиречовини.
Відомо, що електромагнітна та «сильна взаємодії» симетричні відносно C і P, і, отже, вони також симетричні щодо добутку CP (3). «Однак це не обов’язково стосується «слабкої взаємодії», яка порушує як C, так і P симетрії» каже професор Б. А. Робсон. Далі він каже, що «порушення CP у слабких взаємодіях означає, що такі фізичні процеси можуть призвести до непрямого порушення баріонного числа, так що створенню матерії буде віддано перевагу створенню антиматерії». Частинки, які не є кварками, не виявляють жодних CP-порушень, тоді як CP-порушення в кварках занадто малі та незначні, щоб мати різницю у створенні матерії та антиматерії. Отже, СР-порушення в лептонах (нейтрино) стає важливим, і якщо це буде доведено, тоді це відповість, чому всесвіт домінує матерія.
Хоча порушення симетрії CP ще не доведено остаточно (1), але результати, опубліковані командою T2K нещодавно, показують, що вчені дійсно близькі до цього. Вперше було продемонстровано, що перехід від частинки до електрона і нейтрино є перевагою перед переходом від античастинки до електрона та антинейтрино, завдяки дуже складним експериментам на T2K (Токай до Каміока) (2). T2K відноситься до пари лабораторій, японського дослідницького комплексу протонних прискорювачів (J-Parc) у Токай і підземна нейтринная обсерваторія Супер-Каміоканде в Каміока, Японія, розділена приблизно 300 км. Прискорювач протонів у Токаї генерував частинки та античастинки в результаті зіткнень високої енергії, а детектори в Каміоці спостерігали за нейтрино та їх антиречовини, антинейтрино, проводячи дуже точні вимірювання.
Після аналізу кількох років даних у T2K вчені змогли виміряти параметр під назвою дельта-CP, який керує порушенням CP-симетрії в осциляціях нейтрино, і виявили невідповідність або перевагу посиленню швидкості нейтрино, що зрештою може призвести до підтвердження СР-порушення в осциляції нейтрино та антинейтрино. Результати, отримані командою T2K, є значущими зі статистичною значущістю 3-сигма або 99.7% рівня довіри. Це визначне досягнення, оскільки підтвердження порушення CP за участю нейтрино пов’язане з домінуванням матерії в всесвіт. Подальші експерименти з більшою базою даних перевірять, чи є це лептонне порушення CP-симетрії більшим, ніж порушення CP у кварках. Якщо це так, то ми нарешті отримаємо відповідь на запитання Чому всесвіт домінує матерія.
Хоча експеримент T2K не дозволяє чітко встановити, що відбулося порушення CP-симетрії, він є важливою подією в тому сенсі, що він остаточно показує сильну перевагу підвищеної швидкості нейтронів електронів і наближає нас до доказу виникнення порушення CP-симетрії та, зрештою, до відповідь "чому всесвіт домінує матерія».
***
Список використаної літератури:
1. Токійський університет, 2020. «Результати T2K обмежують можливі значення фази нейтрино CP -…..» Прес-реліз, опублікований 16 квітня 2020 року. Доступний онлайн за адресою http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Доступ 17 квітня 2020 року.
2. The T2K Collaboration, 2020. Обмеження на фазу, яка порушує симетрію речовина-антиматерія в коливаннях нейтрино. Природа том 580, сторінки 339–344 (2020). Опубліковано: 15 квітня 2020 р. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Робсон, Б. А., 2018. Проблема асиметрії речовина-антиматерія. Журнал фізики високих енергій, гравітації та космології, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
