У вельмі ранн сусвет, неўзабаве пасля Вялікага выбуху, "пытанне» і «антыматэрыя» існавалі ў роўнай колькасці. Аднак па невядомых пакуль прычынах "пытанне' дамінуе ў сучаснасці сусвет. Даследчыкі T2K нядаўна паказалі наяўнасць магчымага парушэння парытэту зарада ў нейтрына і адпаведных асцыляцый антынейтрына. Гэта крок наперад у разуменні прычын пытанне дамінуе над сусвет.
Вялікі выбух (які адбыўся каля 13.8 мільярда гадоў таму) і іншыя звязаныя з ім тэорыі фізікі мяркуюць, што раннія сусвет было выпраменьванне "дамінанта" і "пытанне'і'антыматэрыю' існавалі ў роўнай колькасці.
Але сусвет тое, што мы ведаем сёння, з'яўляецца дамінуючым у «матэрыі». чаму? Гэта адна з самых інтрыгуючых таямніц сусвет, (1).
,en сусвет што мы ведаем сёння, пачыналіся з аднолькавай колькасці «матэрыі» і «антыматэрыі», абодва былі створаны парамі, як таго патрабуе закон прыроды, а затым былі знішчаны, неаднаразова вырабляючы выпраменьванне, вядомае як «касмічнае фонавае выпраменьванне». Прыкладна на працягу 100 мікрасекунд пасля Вялікага выбуху матэрыя (часціцы) нейкім чынам пачала пераўзыходзіць антычасціц, скажам, адна на кожны мільярд, і на працягу некалькіх секунд усё антыматэрыя было знішчана, пакінуўшы пасля сябе толькі матэрыю.
Які працэс або механізм можа стварыць такую розніцу або асіметрыю паміж матэрыяй і антыматэрыяй?
У 1967 годзе расійскі фізік-тэарэтык Андрэй Сахараў пастуляваў тры ўмовы, неабходныя для ўзнікнення дысбалансу (або вытворчасці матэрыі і антыматэрыі з рознай хуткасцю) у сусвет. Першая ўмова Сахарава - парушэнне барыённага ліку (квантавага ліку, якое захоўваецца пры ўзаемадзеянні). Гэта азначае, што пратоны вельмі павольна распадаюцца на больш лёгкія субатомные часціцы, такія як нейтральны піён і пазітрон. Падобным чынам антыпратон распаўся на піён і электрон. Другая ўмова - гэта парушэнне сіметрыі зарадавага спалучэння, C, і сіметрыі зарадавага спалучэння і цотнасці, CP, якое таксама называюць парушэннем зарадавай цотнасці. Трэцяя ўмова заключаецца ў тым, што працэс, які стварае барыённую асіметрыю, не павінен знаходзіцца ў цеплавой раўнавазе з-за хуткага пашырэння, якое зніжае ўзнікненне парнай анігіляцыі.
Гэта другі крытэрый Сахарава парушэння CP, які з'яўляецца прыкладам свайго роду асіметрыі паміж часціцамі і іх антычасціцамі, які апісвае спосаб іх распаду. Параўноўваючы тое, як паводзяць сябе часціцы і антычасціцы, гэта значыць, як яны рухаюцца, узаемадзейнічаюць і распадаюцца, навукоўцы могуць знайсці доказы гэтай асіметрыі. Парушэнне CP сведчыць аб тым, што некаторыя невядомыя фізічныя працэсы адказныя за дыферэнцыяльную вытворчасць матэрыі і антыматэрыі.
Вядома, што электрамагнітнае і «моцнае ўзаемадзеянне» сіметрычныя адносна C і P, і, такім чынам, яны таксама сіметрычныя адносна твора CP (3). «Аднак гэта не абавязкова адносіцца да «слабага ўзаемадзеяння», якое парушае як C, так і P сіметрыі» кажа прафесар Б. А. Робсан. Далей ён кажа, што «парушэнне CP пры слабых узаемадзеяннях азначае, што такія фізічныя працэсы могуць прывесці да ўскоснага парушэння барыённага ліку, так што стварэнне матэрыі будзе больш аддавацца стварэнню антыматэрыі». Часціцы, якія не з'яўляюцца кваркамі, не дэманструюць парушэнняў CP, у той час як парушэнні CP у кваркаў занадта малыя і нязначныя, каб мець розніцу ў стварэнні матэрыі і антыматэрыі. Такім чынам, парушэнне СР у лептонаў (нейтрына) становіцца важным, і калі гэта будзе даказана, гэта адкажа, чаму сусвет матэрыя дамінуе.
Хоць парушэнне сіметрыі CP яшчэ не даказана канчаткова (1), але вынікі, пра якія нядаўна паведаміла каманда T2K, паказваюць, што навукоўцы сапраўды блізкія да гэтага. Упершыню было прадэманстравана, што пераход ад часціцы да электрона і нейтрына аддае перавагу пераходу ад антычасціцы да электрона і антынейтрына з дапамогай вельмі складаных эксперыментаў на T2K (Токай у Каміоку) (2). T2K адносіцца да пары лабараторый, японскага даследчага комплексу пратонных паскаральнікаў (J-Parc) у Такай і падземная нейтрынная абсерваторыя Супер-Каміокандэ ў Каміока, Японіі, аддзяляе каля 300 км. Паскаральнік пратонаў у Токаі генерыраваў часціцы і антычасціцы ў выніку сутыкненняў высокай энергіі, а дэтэктары ў Каміёка назіралі за нейтрына і іх аналагамі з антыматэрыі, антынейтрына, робячы вельмі дакладныя вымярэння.
Пасля аналізу дадзеных за некалькі гадоў у T2K навукоўцы змаглі вымераць параметр пад назвай дэльта-CP, які рэгулюе парушэнне CP-сіметрыі ў ваганні нейтрына, і выявілі неадпаведнасць або перавагу павелічэння хуткасці нейтрына, што ў канчатковым выніку можа прывесці да пацверджанне парушэння СР у спосабе ваганняў нейтрына і антынейтрына. Вынікі, атрыманыя камандай T2K, з'яўляюцца значнымі пры статыстычнай значнасці 3-сігма або 99.7% узроўню даверу. Гэта важнае дасягненне, паколькі пацверджанне парушэння CP з удзелам нейтрына звязана з дамінаваннем матэрыі ў сусвет. Далейшыя эксперыменты з большай базай дадзеных будуць правяраць, ці больш гэтае парушэнне лептаннай CP-сіметрыі, чым парушэнне CP у кваркаў. Калі гэта так, то мы нарэшце атрымаем адказ на пытанне Чаму сусвет матэрыя дамінуе.
Нягледзячы на тое, што эксперымент T2K дакладна не ўстанаўлівае, што адбылося парушэнне сіметрыі CP, ён з'яўляецца важнай падзеяй у тым сэнсе, што ён пераканаўча дэманструе моцную перавагу павышанай хуткасці нейтронаў электронаў і набліжае нас да доказу парушэння сіметрыі CP і, у рэшце рэшт, да адказ "чаму сусвет дамінуе матэрыя».
***
Спасылкі:
1. Токійскі ўніверсітэт, 2020 г. «Вынікі T2K абмяжоўваюць магчымыя значэнні фазы нейтрына CP -…..» Прэс-рэліз, апублікаваны 16 красавіка 2020 г. Даступны ў Інтэрнэце па адрасе http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Доступ 17 красавіка 2020 г.
2. The T2K Collaboration, 2020. Абмежаванне на фазу, якая парушае сіметрыю рэчыва-антыматэрыя ў ваганнях нейтрына. Прырода том 580, с.339–344(2020). Апублікавана: 15 красавіка 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Робсан, BA, 2018. Праблема асіметрыі рэчыва-антыматэрыя. Часопіс фізікі высокіх энергій, гравітацыі і касмалогіі, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
