Vo veľmi skorom vesmír, krátko po Veľkom tresku,záležitosť“ a „antihmota“ existovali v rovnakom množstve. Z doteraz neznámych dôvodov však „záležitosť“ dominuje súčasnosti vesmír. Výskumníci T2K nedávno ukázali výskyt možného porušenia parity náboja v neutrínoch a zodpovedajúcich anti-neutrínových oscilácií. Toto je krok vpred k pochopeniu prečo záležitosť dominuje vesmír.
Veľký tresk (ku ktorému došlo asi pred 13.8 miliardami rokov) a ďalšie súvisiace fyzikálne teórie naznačujú, že rané vesmír bola radiácia „dominantná“ azáležitosť„a“antihmota“ existoval v rovnakom množstve.
Ale vesmír o ktorej dnes vieme, že je dominantná „hmota“. prečo? Toto je jedna z najzaujímavejších záhad vesmír, (1).
vesmír o ktorých dnes vieme, že začali s rovnakými množstvami „hmoty“ a „antihmoty“, obe boli vytvorené v pároch, ako to vyžaduje zákon prírody, a potom boli opakovane zničené, čím sa vytváralo žiarenie známe ako „žiarenie kozmického pozadia“. Približne do 100 mikrosekúnd od Veľkého tresku hmota (častice) nejako začala prevyšovať počet antičastíc povedzme jedna z každej miliardy a v priebehu niekoľkých sekúnd bola všetka antihmota zničená a zostala po nej iba hmota.
Aký je proces alebo mechanizmus, ktorý by vytvoril tento druh rozdielu alebo asymetrie medzi hmotou a antihmotou?
V roku 1967 ruský teoretický fyzik Andrej Sacharov predpokladal tri podmienky potrebné na to, aby nerovnováha (alebo produkcia hmoty a antihmoty v rôznych rýchlostiach) nastala v vesmír. Prvou Sacharovovou podmienkou je porušenie baryónového čísla (kvantové číslo, ktoré zostáva zachované pri interakcii). Znamená to, že protóny sa extrémne pomaly rozpadali na ľahšie subatomárne častice ako neutrálny pión a pozitrón. Podobne sa antiprotón rozpadol na pión a elektrón. Druhou podmienkou je porušenie symetrie nábojovej konjugácie, C, a symetrie nábojovej konjugácie-parity, CP tiež nazývané porušenie nábojovej parity. Treťou podmienkou je, že proces, ktorý generuje baryónovú asymetriu, nesmie byť v tepelnej rovnováhe kvôli rýchlej expanzii, ktorá znižuje výskyt párovej anihilácie.
Je to druhé Sacharovovo kritérium porušenia CP, ktoré je príkladom akejsi asymetrie medzi časticami a ich antičasticami, ktorá popisuje spôsob ich rozpadu. Porovnaním spôsobu, akým sa častice a antičastice správajú, tj spôsob ich pohybu, interakcie a rozpadu, môžu vedci nájsť dôkazy o tejto asymetrii. Porušenie CP poskytuje dôkaz, že niektoré neznáme fyzikálne procesy sú zodpovedné za rozdielnu produkciu hmoty a antihmoty.
Je známe, že elektromagnetické a „silné interakcie“ sú symetrické pod C a P, a preto sú symetrické aj pod produktom CP (3). „To však nie je nevyhnutne prípad „slabej interakcie“, ktorá porušuje symetriu C aj P“ hovorí profesor BA Robson. Ďalej hovorí, že „porušenie CP pri slabých interakciách znamená, že takéto fyzikálne procesy by mohli viesť k nepriamemu narušeniu baryónového čísla, takže by sa uprednostnila tvorba hmoty pred tvorbou antihmoty“. Nekvarkové častice nevykazujú žiadne porušenie CP, zatiaľ čo porušenie CP v kvarkoch je príliš malé a je nevýznamné na to, aby existoval rozdiel v tvorbe hmoty a antihmoty. Takže porušenie CP v leptónoch (neutrína) sa stanú dôležitými a ak sa to dokáže, potom by to odpovedalo prečo vesmír je hmota dominantná.
Hoci narušenie symetrie CP sa ešte musí definitívne dokázať (1), ale zistenia, ktoré nedávno oznámil tím T2K, ukazujú, že vedci sú k tomu skutočne blízko. Prvýkrát bolo preukázané, že prechod z častice na elektrón a neutríno je uprednostňovaný pred prechodom z antičastice na elektrón a antineutrino, a to prostredníctvom vysoko sofistikovaných experimentov na T2K (Tokai to Kamioka) (2). T2K označuje dvojicu laboratórií, japonský protónový akcelerátorový výskumný komplex (J-Parc) v r. Tokai a podzemné neutrínové observatórium Super-Kamiokande v kamioka, Japonsko je od seba vzdialené asi 300 km. Protónový urýchľovač na Tokai generoval častice a antičastice z vysokoenergetických zrážok a detektory na Kamioke pozorovali neutrína a ich antihmotové náprotivky, antineutrína pomocou veľmi presných meraní.
Po analýze niekoľkých rokov údajov na T2K boli vedci schopní zmerať parameter nazývaný delta-CP, ktorý riadi narušenie symetrie CP pri oscilácii neutrín, a zistili nesúlad alebo preferenciu zvýšenia rýchlosti neutrín, čo môže nakoniec viesť k potvrdenie porušenia CP v spôsobe, akým neutrína a antineutrína oscilovali. Výsledky zistené tímom T2K sú významné pri štatistickej významnosti 3-sigma alebo 99.7% hladine spoľahlivosti. Je to míľnikový úspech, pretože potvrdenie porušenia CP zahŕňajúce neutrína je spojené s dominanciou hmoty v vesmír. Ďalšie experimenty s väčšou databázou otestujú, či toto narušenie leptonickej CP symetrie je väčšie ako porušenie CP v kvarkoch. Ak je to tak, potom budeme mať konečne odpoveď na otázku Prečo vesmír je hmota dominantná.
Hoci experiment T2K jasne nepreukazuje, že došlo k porušeniu symetrie CP, je to míľnik v tom zmysle, že presvedčivo ukazuje silnú preferenciu zvýšenej rýchlosti elektrónových neutrónov a privádza nás bližšie k dokázaniu výskytu narušenia symetrie CP a nakoniec k odpoveď „prečo vesmír je hmota dominantná“.
***
Referencie:
1. Tokyo University, 2020. ''Výsledky T2K obmedzujú možné hodnoty fázy CP neutrín -…..'' Tlačová správa Zverejnená 16. apríla 2020. Dostupné online na http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Prístup 17. apríla 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Obmedzenie fázy narušovania symetrie hmoty a antihmoty v neutrínových osciláciách. Príroda, zväzok 580, strany 339–344 (2020). Zverejnené: 15. apríla 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Problém asymetrie hmoty a antihmoty. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
