Eksperiment LHCb na Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u izmjerio je razliku u ponašanju materije i antimaterije u raspadu mezona Bs0, procesu u kojem Standardni model ne predviđa nikakvu asimetriju. Izmjerena razlika iznosi oko 1,4 slučaja na tisuću raspada, ali je nesigurnost mjerenja veća od samog učinka, pa rezultat ostaje sukladan važećoj teoriji elementarnih čestica.
Rezultate je suradnja LHCb-a objavila 21. kolovoza 2026. u časopisu Physical Review Letters, kao prvo mjerenje te asimetrije integrirane po vremenu raspada. Analizu podataka prikupljenih od 2016. do 2018., pri energiji sudara od 13 teraelektronvolta, proveli su fizičari sa sveučilišta u Warwicku, Manchesteru i Oxfordu, Tehničkog sveučilišta u Dortmundu i Instituta za nuklearnu fiziku Poljske akademije znanosti (IFJ PAN) u Krakovu.
Odabrali su proces u kojem teorija ne predviđa asimetriju
Prema kozmološkim modelima, ubrzo nakon Velikog praska materija i antimaterija trebale su nastati u jednakim količinama. Kad se čestica i njezina antičestica sretnu, pretvaraju se u energiju, u procesu koji se naziva anihilacija. Da je simetrija bila potpuna, svemir bi ostao gotovo prazan. Umjesto toga, u njemu jasno prevladava materija.
Fizičari već desetljećima znaju da materija i antimaterija nisu savršeni odrazi jedna druge. U nekim raspadima čestica uočeno je kršenje takozvane CP simetrije, pravila prema kojemu se zakoni fizike ne mijenjaju ako se sve čestice zamijene antičesticama i istodobno obrnu sve prostorne koordinate. Poznata kršenja, međutim, nisu dovoljna da objasne današnju neravnotežu. Kozmos je o jednom takvom nalazu, asimetriji u raspadima bariona, pisao 2025. godine.
U ovom su radu istraživači namjerno odabrali raspad u kojem Standardni model predviđa asimetriju jednaku nuli: mezon Bs0, sastavljen od čudnog kvarka i antikvarka ljepote, raspada se u mezon Ds− i pion. „Zanimljivo je da smo odabrali proces u kojem Standardni model uopće ne predviđa asimetriju. Zašto ga onda uopće proučavati?”, pita dr. Agnieszka Dziurda s IFJ PAN-a, stručnjakinja za fiziku tih raspada, u objavi instituta od 12. studenoga 2026.. Objašnjava: „Zato što bi asimetrija, da je ipak uočena, mogla biti znak da djeluje dosad nepoznata fizika.”
Dziurda dodaje da se teorijska predviđanja za vjerojatnosti nekih drugih kanala raspada mezona ljepote znatno razlikuju od izmjerenih vrijednosti. Ta razlika može potjecati od učinaka koje proračuni još nisu u potpunosti obuhvatili, ali u ovoj fazi, kaže, ne može se isključiti ni fizika izvan Standardnog modela.
Brze oscilacije i zamke detektora
Mezoni Bs0 iznimno brzo osciliraju između stanja materije i antimaterije. Ranije je mjerenje LHCb-a pokazalo da se te oscilacije mogu dogoditi nekoliko bilijuna puta u sekundi. Zahvaljujući toj brzini, analizu je bilo moguće provesti bez određivanja početnog stanja svakog mezona.
Veći je izazov bio odvojiti stvarno ponašanje čestica od učinaka samog detektora. Pozitivno i negativno nabijene čestice u magnetskom polju zakreću se u suprotnim smjerovima, a učinkovitost registriranja nije jednaka u svim dijelovima uređaja. To može stvoriti prividnu asimetriju i tamo gdje je u prirodi nema. Istraživači su zato koristili opsežne kalibracijske uzorke i simulacije te redovito okretali smjer magnetskog polja detektora.
„Morali smo se uvjeriti da bilo koja asimetrija uočena u podacima, koliko god mala bila, ne potječe od samog detektora. To je bio ključan dio cijele analize jer su, s obzirom na preciznost našeg mjerenja, učinci povezani s detektorom mogli biti iste veličine kao asimetrija koju smo tražili”, kaže Dziurda.
Rezultat suzuje prostor, ali zagonetku ne rješava
Kombinirani rezultat, dobiven iz dvaju načina raspada mezona Ds−, iznosi −1,4 ± 5,9 ± 1,1 tisućinke, pri čemu je prva nesigurnost statistička, a druga sustavna. Budući da je nesigurnost veća od izmjerenog odstupanja, podaci su sukladni nultoj asimetriji koju predviđa Standardni model. Rad time izravno ograničava mogućnosti za novu fiziku u ovoj vrsti raspada hadrona s kvarkom ljepote.
Nalaz ne objašnjava nestanak antimaterije i ne isključuje postojanje nove fizike. Suzuje, međutim, raspon u kojem se ona u ovom kanalu može skrivati. Prema objavi IFJ PAN-a, nepoznati proces koji bi u proučavanim raspadima stvarao asimetriju veću od oko 2 posto gotovo bi sigurno bio uočen.
Isti eksperiment nedavno je, u drugom raspadu, pronašao trag procesa koji se događa jednom u deset milijardi slučajeva. I tamo su mjerenja zasad u skladu sa Standardnim modelom. Buduća analiza, na većim skupovima podataka već prikupljenim nadograđenim detektorom LHCb, omogućit će potragu za još manjim odstupanjima u raspadima mezona Bs0. Ako se u njima skriva novi izvor kršenja CP simetrije, ovo mjerenje pokazuje gdje i kako ga treba tražiti.
