Колаборація фізиків, які працюють з детектором LHCb на Великому адронному колайдері (ВАК), повідомила, що отримала найточніше на сьогодні значення параметра, який визначає порушення СР-симетрії, тобто симетрії матерії і антиматерії. Зібрані за весь другий сезон роботи ВАК дані дали можливість уточнити, як дивні В-мезони осцилюють між станом частинки і античастинки. Отримані результати можуть допомогти пояснити асиметрію у розподілі матерії та антиматерії у Всесвіті. Коротко про дослідження на своєму сайті повідомляє Європейська організація з ядерних досліджень.
Частина детектора LHCb. CERN
Що таке СР-симетрія?
Весь видимий Всесвіт складається з матерії: протонів, нейтронів та електронів. При цьому антиматерії, тобто частинок з протилежним зарядом, спостерігається вкрай мало. Однак, вважається, що після Великого вибуху, тобто коли утворився сам Всесвіт, існувала однакова кількість матерії та антиматерії. Так постулює Стандартна модель, яка описує симетрію заряду і парності частинок, СР-симетрію (Charge-Parity symmetry), згідно з якою частинки й античастинки, що народилися разом, мали анігілювати на ранніх стадіях еволюції Всесвіту.
Втім, вчені не спостерігають жодних слідів цієї анігіляції, яку б можна було виявити, наприклад, за високоенергетичним гамма-випромінюванням. Отже, СР-симетрія могла порушитися. Експериментально порушення СР-симетрії підтвердили ще у 1964 році на розпадах нейтральних каонів. Тепер фізики шукають порушення і в інших розпадах, аби точно виявити його властивості та пояснити таким чином всесвітній дисбаланс матерії і антиматерії.
Що досліджували на Великому адронному колайдері?
Експеримент LHCb вивчає на ВАК зокрема поведінку дивних B-мезонів (Bs-мезони) — частинок, які складаються з нижнього антикварка та дивного кварка. У процесі нейтральних осциляцій Bs-мезони перетворюються на свою античастинку, одним з каналів розпаду якої є J/ψ-мезон (джей-псі мезон) та два каони протилежних зарядів.
Одним з параметрів цього розпаду є фаза φs, що описує, як ці перетворення частинка-античастинка змінюються протягом часу життя Bs-мезона, тобто як змінюється число частинок і античастинок. За прогнозами Стандартної моделі, якби порушення СР-симетрії не відбувалося, φs у розпадах дивних В-мезонів мала б значення у −0,0363 радіана. Будь-яке відхилення від цього означало б, що існує Нова фізика за межами Стандартної моделі, яка б пояснювала асиметрію між матерією та антиматерією.
Аби оцінити цей параметр, фізики LHCb дослідили близько 349 тисяч розпадів Bs-мезонів, які зібрали у ході другого сезону роботи ВАК. Значення φs у новому аналізі склало -0.039±0.022(статистична похибка) ±0.006(систематична похибка) радіан. За словами авторів дослідження, цей результат наразі є найточнішим, адже включає більший набір даних, а також покращений підхід до виявлення потрібних частинок у продуктах розпаду.