Защо съществуваме? Това е може би най-дълбокият екзистенциален въпрос, който

Защо съществуваме? Това е може би най-дълбокият екзистенциален въпрос, който обаче може да наподобява изцяло отвън обсега на физиката на обикновените частици. Нов опит в Големия адронен ускорител на CERN обаче, ни води една стъпка по-близо до намирането на отговор на този въпрос.

За да разберем за какво съществуваме, дано се върнем във времето към 13.8 милиарда години до Големия гърмеж. Това събитие създава идентични количества от материята, от която сме основани, и нещо, наречено антиматерия. Смята се, че всяка парченце има антиматериен сателит, който е съвсем еднакъв със себе си, само че с противоположен заряд. Когато парченце и нейната античастица се срещнат, те се унищожават – изчезват в светлина.

Защо Вселената, която виждаме през днешния ден, е напълно от материя, е една от най-големите загадки на актуалната физика. Ако в миналото е имало и еднообразно количество антиматерия, всичко във Вселената би било унищожено. Новото проучване разкрива нов източник на тази асиметрия сред материя и антиматерия.

Антиматерията за първи път е постулирана от Артър Шустер през 1896 година, с теоретична основа сложена от Пол Дирак през 1928 година и открита под формата на анти-електрони, наречени позитрони, от Карл Андерсън през 1932 година Позитроните се срещат в естествени радиоактивни процеси, като да вземем за пример разпадът на калий-40. Това значи, че един приблизително статистически банан (който съдържа релативно доста калий) излъчва позитрон на всеки 75 минути. След това те се унищожават с електроните на материята, с цел да произведат светлина. Медицински приложения като PET скенери създават антиматерия в същия развой.

Основните градивни детайли на материята, които съставляват атомите, са обикновени частици, наречени кварки и лептони. Има шест типа кварки: Горен (u), Долен (d), Странен (s), Чаровен (c), Дънен (b) и Топ (t). По същия метод има шест лептона: електрон, муон, тау и трите неутрино.

Съществуват и антиматериални копия на тези дванадесет частици, които се разграничават единствено по своя заряд.

Частиците антиматерия би трябвало по принцип да бъдат съвършени огледални облици на техните естествени материални спътници. Но опитите демонстрират, че това не постоянно е по този начин: Например частиците, известни като мезони, които се състоят от един кварк и един антикварк. Неутралните мезони имат завладяваща характерност: те могат непринудено да се трансфорат в анти-мезон и назад. В този развой кваркът се трансформира в антикварк или антикваркът се трансформира в кварк. Но опитите демонстрират, че това може да се случи повече в една посока, в сравнение с в противоположната – създавайки повече материя от антиматерията с течение на времето.

Сред частиците, съдържащи кварки, единствено тези, които включват кварки от типа Странен (s) и Дънен (b) са такива, които демонстрират асиметрии. Първото наблюдаване на асиметрията на Странни частици през 1964 година разреши на теоретиците да предскажат съществуването на шест кварки – в миг, когато единствено три бяха известни. Откриването на асиметрия на частиците с Дънен (b) кварк през 2001 година беше окончателното удостоверение на механизма, който докара до шесткварковата картина. И двете открития получиха Нобелови награди.

Както Странен, по този начин и Дънен кварк носят негативен електрически заряд. Единственият позитивно зареден кварк, който на доктрина би трябвало да може да образува частици, които могат да демонстрират асиметрия на материя-антиматерия, е Чаровен. Теорията допуска, че в случай че го направи, тогава резултатът би трябвало да бъде дребен и сложен за разкриване. Но опитът с LHCb към този момент е съумял да следи за първи път такава асиметрия в частици, наречени D-мезон – които се състоят от Чаровни кварки. Това стана допустимо с помощта на невижданото количество Чаровни частици, създадени непосредствено в конфликтите на LHC, основани преди десетилетие.

Резултатът демонстрира, че вероятността това да е статистическа флуктуация е извънредно дребна – към 50 на един милиард.
Ако тази асиметрия не идва от еднакъв механизъм, причиняващ асиметрии на Странни и Дънни кварки, това оставя място за нови източници на асиметрия на материя-антиматерия, които могат да се прибавят към общата асиметрия в ранната Вселена. И това е значимо, защото дребното известни случаи на асиметрия не могат да обяснят за какво Вселената съдържа толкоз доста материя. Самото разкриване на Чаровен кварк няма да бъде задоволително, с цел да запълни тази празнота, само че това е основна част от пъзела в разбирането на взаимоотношението на фундаменталните частици.

Откритието ще бъде последвано от увеличаващи се теоретични проучвания, които ще оказват помощ за интерпретиране на резултата. През идващото десетилетие усъвършенстваният опит на LHCb ще увеличи чувствителността за тези типове измервания. Това ще бъде допълнено от основания в Япония опит Belle II, който едвам стартира да работи. Това са вълнуващи вероятности за проучване на асиметрията на материя-антиматерия.

Антиматерията също е в основата на редица други опити. Цели антиатоми се създават в антипертоновия децелатор на ЦЕРН, който зарежда редица други опити и опити, извършващи измервания с висока акуратност. Експериментът AMS-2 на борда на Международната галактическа станция търси антиматерия от галактически генезис. Редица настоящи и бъдещи опити ще търсят отговор на въпроса дали има асиметрия на антиматерия-материя измежду неутрино.

Въпреки че към момента не може изцяло да бъде позволена загадката на асиметрията на материя-антиматерия във Вселената, новото изобретение отвори врата за ерата на прецизните измервания, които имат капацитета да открият към момента незнайни феномени. Има всички аргументи да бъдем оптимисти, че един ден физиката ще може да изясни за какво сме тук.

Статия на Марко Герсабек, учител по физика в Университета на Манчестър, оповестена в Cosmosmagazine.com.