Zespół naukowców pod kierownictwem fizyków z Uniwersytetu Oksfordzkiego przeanalizował dane z Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) i odkrył, że niektóre cząstki subatomowe mogą przełączać się między materią a antymaterią. Obserwacja ta może być kluczowa w naszym zrozumieniu Wszechświata.
Między materią a antymaterią
Antymateria jest budowana przez antycząstki, czyli cząstki elementarne podobne do występujących w “zwykłej” materii, ale o przeciwnym znaku ładunku elektrycznego oraz wszystkich liczb kwantowych. Niektóre cząstki oscylują między materią i antymaterią poprzez zjawisko superpozycji, co ilustruje eksperyment myślowy z kotem Schrödingera.
W pierwszym na świecie tego typu badaniu odkryto, że mezon D, subatomowa cząstka zbudowana z kwarka powabnego i antykwarka, może przemieszczać się jako mieszanina ich stanów cząstek i antycząstek, jednocześnie spontanicznie przełączając się między nimi. Odkrycie jest szczegółowo opisane na serwerze preprintów arXiv.
Nowego odkrycia dokonano dzięki precyzyjnym pomiarom dokonanym przez Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) – oba stany rozróżniono na podstawie maleńkiej różnicy w masie, wynoszącej zaledwie 0,0000000000000000000000000000000000000000000001 gramów.
Asymetria, dzięki której żyjemy
Fizycy z Uniwersytetu Oksfordzkiego przeanalizowali dane zebrane w LHC i zbadali, które mezony D podróżowały dalej, a które rozproszyły się szybciej. Mezony D są produkowane podczas zderzeń proton-proton w LHC i zazwyczaj podróżują kilka milimetrów, zanim się rozpadną lub przekształcą w inne cząstki.
Podczas tych badań zespół zidentyfikował maleńkie różnice w masie, które decydują o tym, czy mezon D kończy jako mezon D czy antymezon D.
Takie drobne pomiary mogą powiedzieć o Wszechświecie rzeczy, których się nie spodziewaliśmy.dr Mark Williams z Uniwersytetu w Edynburgu, jeden z naukowców zaangażowanych w badania
Odkrycie może mieć potencjalnie ogromne implikacje. Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych mówi, że Wielki Wybuch powinien był wytworzyć równe ilości materii i antymaterii. Teoretycznie oznacza to, że oba te stany powinny były się zderzyć i unicestwić nawzajem. Zamiast tego materia dominuje dziś nad antymaterią, co stanowi zagadkę naukową znaną jako asymetria materii i antymaterii. Bez tej asymetrii nie istnielibyśmy.
Future Circular Collider (FCC), czyli następca Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), może pomóc zrozumieć nam naturę mezonów D, a tym samym wyjaśnić, dlaczego obserwowany Wszechświat przybrał taki kształt, jak znamy dzisiaj.