Labai anksti visata, netrukus po Didžiojo sprogimo,klausimas“ ir „antimedžiaga“ egzistavo vienodai. Tačiau dėl iki šiol nežinomų priežasčių „klausimas“ dominuoja dabartyje visata. T2K tyrėjai neseniai parodė galimą neutrinų krūvio pariteto pažeidimą ir atitinkamus antineutrininius virpesius. Tai žingsnis į priekį siekiant suprasti, kodėl klausimas dominuoja visata.
Didysis sprogimas (įvykęs maždaug prieš 13.8 milijardo metų) ir kitos susijusios fizikos teorijos rodo, kad ankstyvoji visata buvo radiacija „dominuojanti“ irklausimas' ir 'antimedžiaga“ egzistavo vienodai.
Tačiau visata kad šiandien žinome, kad „materija“ dominuoja. Kodėl? Tai viena labiausiai intriguojančių paslapčių visata, (1).
Šios visata Tai, ką žinome šiandien, prasidėjo nuo vienodo „medžiagos“ ir „antimedžiagos“ kiekių, abi buvo sukurtos poromis, kaip to reikalauja gamtos dėsnis, o vėliau buvo pakartotinai sunaikintos, sukuriant spinduliuotę, žinomą kaip „kosminė foninė spinduliuotė“. Maždaug per 100 mikrosekundžių po Didžiojo sprogimo materija (dalelės) kažkaip pradėjo viršyti antidalelių skaičių, tarkime, viena iš milijardų ir per kelias sekundes visa antimedžiaga buvo sunaikinta, paliekant tik materiją.
Koks yra procesas ar mechanizmas, kuris sukurtų tokį skirtumą ar asimetriją tarp materijos ir antimedžiagos?
1967 m. rusų fizikas teorinis Andrejus Sacharovas postulavo tris sąlygas, būtinas disbalansui (arba materijos ir antimedžiagos susidarymui skirtingu greičiu). visata. Pirmoji Sacharovo sąlyga yra bariono skaičiaus (kvantinis skaičius, kuris išlieka išsaugotas sąveikaujant) pažeidimas. Tai reiškia, kad protonai labai lėtai suskyla į lengvesnes subatomines daleles, tokias kaip neutralus pionas ir pozitronas. Panašiai antiprotonas suskyla į pioną ir elektroną. Antroji sąlyga yra krūvio konjugacijos simetrijos C pažeidimas ir krūvio konjugacijos-pariteto simetrijos, CP, taip pat vadinamas Krūvio pariteto pažeidimu. Trečia sąlyga yra ta, kad procesas, sukuriantis barionų asimetriją, neturi būti šiluminėje pusiausvyroje dėl greito plėtimosi, sumažinančio porų sunaikinimo atsiradimą.
Tai antrasis A. Sacharovo CP pažeidimo kriterijus, kuris yra tam tikros asimetrijos tarp dalelių ir jų antidalelių, apibūdinančios jų skilimo būdą, pavyzdys. Lygindami dalelių ir antidalelių elgesį, ty jų judėjimą, sąveiką ir skilimą, mokslininkai gali rasti šios asimetrijos įrodymų. CP pažeidimas įrodo, kad kai kurie nežinomi fiziniai procesai yra atsakingi už skirtingą medžiagos ir antimedžiagos gamybą.
Yra žinoma, kad elektromagnetinė ir „stipri sąveika“ yra simetriška pagal C ir P, todėl jos taip pat yra simetriškos gaminio CP (3). „Tačiau tai nebūtinai pasakytina apie „silpną sąveiką“, kuri pažeidžia ir C, ir P simetrijas. sako prof. BA Robsonas. Jis taip pat sako, kad „CP pažeidimas esant silpnoms sąveikoms reiškia, kad tokie fiziniai procesai gali sukelti netiesioginį bariono skaičiaus pažeidimą, todėl materijos kūrimui būtų teikiama pirmenybė, o ne antimedžiagos kūrimas“. Ne kvarkinės dalelės nerodo jokių CP pažeidimų, tuo tarpu CP pažeidimas kvarkuose yra per mažas ir yra nereikšmingas, kad turėtų skirtumą tarp materijos ir antimedžiagos kūrimo. Taigi, CP pažeidimas leptonuose (neutrinai) tampa svarbūs ir, jei tai pasitvirtina, atsakys, kodėl visata yra materija dominuojanti.
Nors CP simetrijos pažeidimas dar turi būti galutinai įrodytas (1), tačiau neseniai T2K komandos pateiktos išvados rodo, kad mokslininkai yra labai arti jo. Pirmą kartą buvo įrodyta, kad perėjimas nuo dalelių prie elektronų ir neutrinų yra palankesnis, o ne perėjimas nuo antidalelių prie elektronų ir antineutrino, atliekant labai sudėtingus eksperimentus T2K (Tokai į Kamioka) (2). T2K reiškia porą laboratorijų – Japonijos protonų greitintuvo tyrimų kompleksą (J-Parc) Tokai ir Super-Kamiokande požeminė neutrinų observatorija Kamioka, Japonija, atskirta apie 300 km. Tokų protonų greitintuvas generavo daleles ir antidaleles iš didelės energijos susidūrimų, o detektoriai Kamiokoje stebėjo neutrinus ir jų antimedžiagos atitikmenis, antineutrinus, atlikdami labai tikslius matavimus.
Išanalizavę kelerių metų duomenis T2K, mokslininkai sugebėjo išmatuoti parametrą, vadinamą delta-CP, kuris reguliuoja CP simetrijos trūkimą neutrinų virpesiuose ir nustatė neatitikimą arba pirmenybę neutrinų dažnio didinimui, kuris galiausiai gali sukelti CP pažeidimo neutrinų ir antineutrinų svyravimo būdu patvirtinimas. T2K komandos rasti rezultatai yra reikšmingi, kai statistinis reikšmingumas yra 3 sigmos arba 99.7 % patikimumo lygis. Tai labai svarbus pasiekimas, nes CP pažeidimo, susijusio su neutrinais, patvirtinimas yra susijęs su materijos dominavimu visata. Tolesni eksperimentai su didesne duomenų baze patikrins, ar šis leptoninės CP simetrijos pažeidimas yra didesnis nei CP pažeidimas kvarkuose. Jei taip, mes pagaliau turėsime atsakymą į klausimą Kodėl visata yra materija dominuojanti.
Nors T2K eksperimentas aiškiai neįrodo, kad įvyko CP simetrijos pažeidimas, tačiau tai yra svarbus įvykis ta prasme, kad jis neabejotinai rodo, kad pirmenybė teikiama padidintam elektronų neutronų greičiui ir padeda mums įrodyti, kad yra CP simetrijos pažeidimas ir galiausiai atsakyti „kodėl visata dominuoja materija“.
***
Nuorodos:
1. Tokijo universitetas, 2020 m. „T2K rezultatai apriboja galimas Neutrino CP fazės vertes –…..“ Pranešimas spaudai Paskelbtas 16 m. balandžio 2020 d. Prieiga internete adresu http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Žiūrėta 17 m. balandžio 2020 d.
2. T2K bendradarbiavimas, 2020 m. Materijos ir antimedžiagos simetriją pažeidžiančios fazės neutrinų virpesiuose apribojimas. Gamta 580 tomas, psl.339–344(2020). Paskelbta: 15 m. balandžio 2020 d. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Medžiagos ir antimedžiagos asimetrijos problema. High Energy Physics, Gravitation and Cosmology žurnalas, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
