Ученые CERN обнаружили новую субатомную частицу, способную спонтанно превращаться в античастицу и назад

Антиматерия, насколько нам известно, является идеальным «зеркальным отражением» обычной материи, единственная реальная разница между этими двумя антиподами — это противоположные электрические заряды. И, когда частица антиматерии входит в контакт с частицей обычной материи, они обе погибают, уничтожая друг друга во вспышке энергии. Усложняя сказанное выше, можно сказать, что некоторые частицы, такие как фотоны, являются одновременно и собственными античастицами. Более того, благодаря загадочной причуде квантового мира, называемой состоянием суперпозиции, такие частицы могут быть и античастицами в один и тот же момент времени. Это, в свою очередь, означает, что такие частицы постоянно колеблются, переходя из нормального состояния в состояние античастицы и наоборот.

© FlashMovie/Depositphotos

И недавно в «клуб» таких исключительных частиц вступил новый член — очарованный мезон (charm meson). Такая нормальная частица состоит из очарованного кварка и антикварка, в то время, как эквивалентная античастица состоит из очарованного антикварка и кварка. Обычно эти два состояния не пересекаются, однако, ученые недавно обнаружили, что очарованные мезоны могут спонтанно превращаться в свою античастицу и наоборот.

То, что позволило ученым сделать такие выводы, является очень малой разницей между массой частицы и античастицы. Различие масс составляет всего 0,00000000000000000000000000000000000001 грамма.

Такое невероятно точное измерение массы было выполнено учеными-физиками из Оксфордского университета, которые провели углубленный анализ набора данных, собранных во время второго цикла работы Большого Адронного Коллайдера, самого большого и мощного на сегодняшний день ускорителя частиц. Очарованные мезоны иногда образуются в результате столкновений протонов в коллайдере, и этим мезонам удается переместиться на несколько миллиметров в пространстве, прежде чем они начинают распадаться на другие частицы.

Сравнивая траектории движения очарованных мезонов, ученые заинтересовались теми экземплярами, которые сумели просуществовать дольше и пройти большую дистанцию за это время. Именно так и была обнаружена разница в массе, о которой было упомянуто чуть выше, которая стала ответом на вопрос: может ли очарованный мезон спонтанно превратиться в очарованный антимезон?

Находка частицы и ее античастицы, имеющих крошечную разницу в массе, имеет гигантское значение для современной физики, астрофизики и космологии. Ведь согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц, во время Большого Взрыва во Вселенной образовалось равное количество материи и антиматерии. Со временем материя и антиматерия должны были взаимно уничтожить друг друга, что сделало бы весь космос абсолютно пустым местом. Очевидно, что в этом что-то пошло не так, ведь на просторах современной Вселенной мы наблюдаем множество космических объектов различного масштаба, состоящих из обычной материи.

Одной из гипотез, которая может объяснить наблюдаемое несоответствие между количеством материи и антиматерии во Вселенной, является предположение, что частицы, подобные очарованному мезону чаще осуществляют переход от антивещества к веществу, чем переход в обратном направлении. Исследования того, является ли правдой данное предположение, и если да, то почему — могут дать людям ответ на одну из самых главных загадок современной науки.

Исследование было отправлено в журнал Physical Review Letters и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv
Источник: dailytechinfo.org