Experimentul CERN care poate explica de ce a dispărut antimateria la o secundă după Big Bang. Indiciul particulei ”frumusețe”
Materia a câştigat din nou în faţa antimateriei într-un experiment CERN, care a observat această asimetrie cu ajutorul unei particule din familia componentelor atomice - un barion.
Experimentul CERN are loc în cadrul unui program ştiinţific menit să găsească indicii cu privire la dispariţia antimateriei imediat după Big Bang şi la formarea Universului, transmite miercuri AFP.
De mai mulţi ani, experimentul LHCb desfăşurat de Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) în cadrul marelui accelerator de particule (Large Hadron Collider - LHC), explorează consecinţele imediate ale Big Bang-ului, explozia primordială despre care se crede că a marcat începutul Universului aşa cum îl cunoaştem acum 13,8 miliarde de ani.
În acel moment primordial, energia ar fi fuzionat pentru a forma cantităţi egale de materie şi antimaterie. Aceste particule aveau în mod notabil aceeaşi masă, dar sarcini opuse.
Prezenţa particulelor de materie şi antimaterie duce la anihilarea lor reciprocă. Şi totuşi, la doar o secundă după Big Bang, antimateria a dispărut, lăsând câmpul liber materiei pentru a forma treptat "tot ce ne înconjoară - de la stele la galaxii, de la Pământ la toată viaţa pe care o susţine", relatează CERN pe site-ul său de internet.
"Nu detectăm nicio urmă de antimaterie primordială", a explicat pentru AFP profesorul Stephane Monteil, membru al colaborării LHCb şi fizician la Laboratoire de Physique din Clermont-Auvergne.
Particulele de materie și antimaterie ”prezintă caracteristici extraordinar de similare”
Împreună cu cohorta internaţională de cercetători din această colaborare, el a raportat miercuri în revista Nature o asimetrie în produsul de dezintegrare al unei particule, barionul "beauty" sau "bottom" (caracterizat prin prezenţa unui quarc "beauty" numit şi "bottom"), şi al antiparticulei sale. Pe lângă particulele de antimaterie prezente în razele cosmice, particulele şi antiparticulele acestora pot fi obţinute şi în marele accelerator de particule al CERN.
Ei au observat că particulele de materie şi antimaterie "prezintă caracteristici extraordinar de similare", de exemplu în ceea ce priveşte masa lor. Dar nu şi în cazul unei forţe fundamentale a fizicii particulelor, aşa-numita interacţiune slabă (forţa nucleară slabă), unde apar "diferenţe foarte subtile" în comportamentul lor, explică profesorul Monteil.
În anii 1960, oamenii de ştiinţă au observat o asimetrie în dezintegrarea unui tip de mezon, o familie de particule compozite, care combină perechi de quarcuri şi antiquarcuri, cele mai mici elemente constitutive cunoscute ale materiei.
De atunci, se aşteaptă să se observe o asimetrie similară şi în cealaltă familie majoră de particule, barionii - particule compozite formate din trei quarcuri, precum protonii şi neutronii care alcătuiesc nucleul atomului.
"Diferenţa de statut faţă de mezon este că suntem alcătuiţi din barioni, ca stelele", conform lui Monteil.
La acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC) al CERN, care ciocneşte protonii împreună, eliberând un flux de particule, cercetătorii s-au concentrat asupra barionului Lambda-b, barion "beauty", numit după tipul de quarc pe care îl conţine. Este vorba despre o muncă enormă, începută în 2009 şi continuată timp de zece ani, care a necesitat "producerea unui număr considerabil de coliziuni", la o scară de ordinul miilor de miliarde.
”Ne aflăm abia la începutul explorării”
Oamenii de ştiinţă de la LHCb au măsurat ratele de dezintegrare spontană ale barionilor "beauty" şi ale antiparticulelor sale în particule mai uşoare. Simetria ar fi implicat o rată de dezintegrare egală. Observarea unei discrepanţe între aceste două rate a dezvăluit o încălcare a simetriei parităţii CP (charge conjugation parity symmetry).
Această discrepanţă, măsurată pe parcursul a aproximativ 80.000 de dezintegrari, merită să fie considerată observaţie, deoarece a fost obţinută cu o semnificaţie statistică de cinci sigma, excluzând posibilitatea ca aceasta să fie rezultatul întâmplării - în acest caz mai puţin de 1 la zece milioane.
Această observaţie permite testarea Modelului Standard al fizicii particulelor, constructul teoretic care descrie modul în care funcţionează materia la o scară infinit de mică.
Încălcarea simetriei parităţii CP a barionului "beauty" se potriveşte perfect, la fel ca şi alte surse de asimetrie, dar acestea nu sunt suficiente pentru a explica unde a dispărut toată antimateria.
Cu alte cuvinte, "nu avem un mecanism global care să poată explica, pe baza a ceea ce observăm, asimetria cosmologică" dintre materie şi antimaterie, potrivit profesorului Monteil.
El observă că, în ceea ce priveşte căutarea de noi surse de asimetrie materie-antimaterie, "ne aflăm abia la începutul explorării".
