U prvim trenucima svemira, materija i antitvar trebale su međusobno poništiti jedna drugu i tako ostaviti svemir zauvijek prazan. No, očito se to nije dogodilo — a najnoviji rezultati sa CERN-ovog Velikog hadronskog sudarivača možda napokon otkrivaju zašto. Znanstvenici su pronašli dosad najjače dokaze o razlici u ponašanju čestica koje čine većinu materije u svemiru — bariona — i njihovih antimaterijskih parnjaka, što bi moglo objasniti zbog čega materija ipak nije nestala.
U teoriji, materija i antitvar trebale bi biti gotovo identične — razlika je tek u suprotnom električnom naboju njihovih čestica. No, kad god se susretnu, one se uništavaju u snažnom izboju energije. Standardni modeli fizike predviđaju da su Velikim praskom nastale jednake količine materije i antitvari. Da je to ostalo tako, sve bi se poništilo i svemir nikada ne bi imao priliku stvoriti zvijezde, planete — niti nas.
Budući da svemir ipak postoji, znanstvenici već desetljećima traže što je poremetilo tu ravnotežu. Novo istraživanje tima iz eksperimenta LHCb (jednog od detektora u Velikom hadronskom sudarivaču) donosi prvi uvjerljiv dokaz da razlike u načinu raspada bariona i antibariona mogu biti ključ za tu kozmičku zagonetku.
Fizikalno pravilo poznato kao CP simetrija (nabojno-prostorna simetrija) tvrdi da bi zakoni fizike trebali ostati isti čak i ako sve čestice zamijenimo njihovim antitvarima i pritom obrnemo smjer u prostoru. No još 1964. otkriveno je da to nije uvijek slučaj. U pokusu provedenom te godine primijećeno je da se određeni mezoni (K2) povremeno raspadaju na načine koji krše to pravilo — doduše vrlo rijetko, u otprilike 2 od 1000 slučajeva.
Kasnija istraživanja pokazala su slične nepravilnosti i kod drugih mezona, no nikada kod bariona — klase čestica koje čine većinu materije u svemiru, uključujući protone i neutrone. Upravo to čini novo otkriće toliko važnim: po prvi put, znanstvenici su identificirali kršenje CP simetrije kod bariona.
Barioni i antibarioni ne raspadaju se jednako
U razdoblju od 2009. do 2018., znanstvenici iz LHCb tima analizirali su desetke tisuća raspada posebne vrste bariona koji sadrže takozvani “kvark ljepote“, zajedno s njihovim antimaterijskim protuparovima. Prema pravilima CP simetrije, svi ti raspadi trebali bi se događati jednako često. No podaci su otkrili razliku od 2,45 posto između materije i antitvari — što je prevelika odstupanja da bi bila slučajna.
Ta razlika iznosi 5,2 standardne devijacije od nule — što u znanstvenim okvirima znači da se radi o stvarnom fenomenu, a ne statističkoj pogrešci. Drugim riječima, znanstvenici su po prvi put sa sigurnošću potvrdili postojanje asimetrije u ponašanju bariona i antibariona.
“Do ovog otkrića morali smo čekati jer je razlika koju tražimo vrlo mala, a podaci su ograničeni,” objašnjava Vincenzo Vagnoni, glasnogovornik tima LHCb. “Bila nam je potrebna snažna naprava poput Velikog hadronskog sudarivača koja može stvoriti dovoljno bariona s kvarkom ljepote i njihovih antimaterijskih pandana, kao i detektor sposoban precizno zabilježiti njihove raspade.”
Za ovu analizu bilo je potrebno više od 80.000 raspada bariona. No trud se isplatio: po prvi puta imamo jasnu potvrdu da su barioni — građevni blokovi materije — skloniji ostanku u svemiru nego njihovi antimaterijski dvojnici.
Ovo otkriće moglo bi biti ključ u razumijevanju zašto antitvar nije uništila svemir već u njegovim prvim trenucima. Kako kaže Vagnoni: “Što više sustava u kojima uočavamo CP kršenja i što preciznije mjerenje imamo, to više možemo testirati Standardni model i tražiti fiziku izvan njega.”
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
