Částice pozorovaná v CERNu přepínající mezi hmotou a antihmotou

Podle oxfordských fyziků analyzujících data z Velkého hadronového urychlovače bylo zjištěno, že subatomární částice přepíná mezi hmotou a antihmotou. Ukazuje se, že neuvěřitelně malý hmotnostní rozdíl mezi dvěma částicemi mohl zachránit vesmír před zničením brzy po jeho začátku.

Antihmota je jakési „zlé dvojče“ normální hmoty, ale je překvapivě podobná – ve skutečnosti jediný skutečný rozdíl je v tom, že antihmota má opačný náboj. To znamená, že pokud se někdy hmota a částice antihmoty dostanou do kontaktu, budou se navzájem anihilovat v výbuchu energie.

Abychom to zkomplikovali, některé částice, například fotony, jsou ve skutečnosti svými vlastními antičásticemi. U jiných bylo dokonce viděno, že existují jako podivná směs obou stavů současně, a to díky kvantovému vtipu superpozice (nejznámějším ilustrovaným prostřednictvím myšlenkového experimentu Schrödingerovy kočky.) To znamená, že tyto částice ve skutečnosti oscilují mezi hmotou a hmotou. antihmota.

A nyní se k tomuto exkluzivnímu klubu připojila nová částice – kouzelný mezon. Tato subatomární částice je normálně tvořena kvarkem charm a up antikvarkem, zatímco její antihmotový ekvivalent se skládá z kvarku charm a up kvarku. Normálně jsou tyto stavy udržovány odděleně, ale nová studie ukazuje, že kouzelné mezony mohou mezi nimi spontánně přepínat.

To, co nakonec prozradilo tajemství, bylo, že oba státy mají mírně odlišné hmotnosti. A máme na mysli „mírně“ v extrému – rozdíl je jen 0,0000000000000000000000000000000000001 gramů.

Toto neuvěřitelně přesné měření bylo vyloveno z dat shromážděných během druhého běhu Velkého hadronového urychlovače fyziky z Oxfordské univerzity. Charm mezony vznikají v LHC při srážkách protonů a protonů a normálně cestují jen několik milimetrů, než se rozpadají na jiné částice.

Porovnáním kouzelných mezonů, které mají tendenci cestovat dále s těmi, které se rozpadají dříve, tým identifikoval rozdíly v hmotnosti jako hlavní faktor, který řídí, zda se mezon kouzla promění v mezon antikouzlu nebo ne.

CERN

Tento naprosto nepatrný nález by mohl mít obrovské důsledky pro vesmír. Podle Standardního modelu částicové fyziky měl Velký třesk vyprodukovat hmotu a antihmotu ve stejném množství a časem by se všechny srazily a zničily, takže by vesmír zůstal velmi prázdným místem. To se očividně nestalo a hmota nějak převládla, ale co způsobilo tuto nerovnováhu?

Jedna hypotéza, kterou nový objev vyvolává, je, že částice jako kouzelný mezon budou přecházet z antihmoty do hmoty častěji než z hmoty na antihmotu. Zkoumání, zda je to pravda – a pokud ano, proč – by mohlo být hlavním vodítkem, že krachy otevírají jednu z největších záhad vědy.

Studie byla předložena časopisu Dopisy fyzické revizea je aktuálně k dispozici na předtiskovém serveru arXiv.

Zdroje: Oxfordská univerzita, CERN