Във Вселената има много повече материя от антиматерия. За щастие, защото ако бяха в равни количества и влязат в контакт една с друга, ще се анихилират и ще се превърнат в светлина. И тогава Вселената нямаше да е такава, каквато я познаваме. Тази т. нар. барионна асиметрия трябва да е възникнала в ранната Вселена, но как това се е случило точно, че все още е загадка. Според Стандартния модел на елементарните частици би трябвало да има в природата равни количества материя и антиматерия, защото така следва от CP-симетрията, която е симетрия на заряда (charge) и пространствена четност (parity).
Но отдавна е установено, че при слабите взаимодействия съществуват различия в поведението на частици и античастици и CP-симетрията се нарушава. Но този дисбаланс между кварки и антикварки, които изграждат ядрените частици - протони и неутрони, е много малък. Кварките и антикварките се държат твърде симетрично (или недостаъчно несиметрично), за да са виновни за дисбаланса между материя и антиматерия във Вселената.
Така че въпросът какво предизвиква превесът на материята над антиматерията остава.
Много физици подозират, че отговорът се крие в неутриното - неуловими, вездесъщи частици, които преминават недоловимо с трилиони през тялото ни всяка секунда.
Подземната обсерватория Супер-Камиоканде, която е предназначена да улавя частиците неутрино.
Сега се оказва, че опити, направени с експеримента T2K (Tokai to Kamioka) в Япония, където снопове неутрино и антинеутрино се произвеждат в Токай (Tokai) и се изпращат на 320 км в подземната неутринна обсерватория Super-Kamiokande в Камиока (Kamioka), показват, че неутриното също нарушава CP-симетрията.
Илюстрация на превръщане на мюонно неутрино в електронно неутриното, а след това пак в мюонно. Източник: Physicsworld.com
Има три вида (аромати, поколения) неутрино - електронно, мюонно и тау неутрино - и е известно от 1998 г. насам, че те могат да "осцилират", да се колебаят между тези "аромати". Неутриното тръгва от един вид и стига под формата на друг различен аромат. Осцилиращото неутрино представлява квантово-механична смес, то е "суперпозиция" на три възможни маси.
Неутриното може да "осцилира" от един вид в друг вид. Източник: Matt Strassler.
Ако неутриното има определена идентичност - електронно, мюонно или тау неутрино, то няма маса, контретно свързана с вида му, а някаква комбинация от неутрино с различни маси: електронна, мюонна и маса на тау неутрино. Това е типично квантово поведение.
Освен трите аромата неутрино, има и три аромата антинеутрино, които също могат да осцилират от един вид в друг. Но трябва да се отбележи, че има една важна разлика между неутрино и антинеутрино - всички неутрино са леви - те се въртят по часовниковата стрелка спрямо посоката си на движение - а всички антинеутрино са десни.
В Стандартния модел не се вмества съществуването на маса на неутриното. Физиците са очертали диапазона, в който може да бъде масата на неутриното, но тя все още не е определена. Според докладите, неутриното трябва да бъде най-малко един милион пъти по-леко от електрона. Този факт е мистериозен в контекста на Стандартния модел - нулевата може да бъде разбрана (такива са частиците, които се движат със скоростта на светлината), но какъв е смисълът частиците неутрино да имат някаква толкова малка маса?
Механизмът на люлката
За да обяснят това, учените са измислили различни механизми, най-популярният от които е "механизмът на люлката" (seesaw). Той се опитва да обясни масата на неутриното със съществуването на други тежки видове неутрино, които може да са съществували в ранната Вселена и именно заради асиметрията в техните разпади да се е образувала барионната асиметрия.
По силата на този механизъм вече известните ни леки леви неутрино трябва да имат тежки десни партньори, а известните ни леки антинеутрино, които са десни (въртят се обратно на часовниковата стрелка спрямо посоката си на движение), те пък трябва да имат тежки леви двойници-античастици. Леките и тежките маси са обратно пропорционални като две страни на люлка. А за да работи този "механизъм на люлката", неутриното и антинеутриното от всяка страна на люлката, трябва всъщност да са една и съща частица, с изключение на тяхната противоположна хиралност (посока на въртене). Ако неутриното са едновременно и собствените си античастици, тоест ако вариантът на антиматерията при тях е идентичен с варианта на материята, такива частици се наричат майорана. (вж "Мамо, от къде идва масата на майорана неутриното?")
Механизмът на люлката по естествен начин дава възможност неутриното да получи малка маса при наличието на много тежкото майораново неутрино. Неговата маса е от порядъка на 1015 GeV - 1016 GeV, маса/енергия характерна за теорията на Великото обединение, която предполага, че при изключително високи енергии (над 1014 GeV) фундаменталните взаимодействия се обединяват, а такива условия е имало в най-ранната Вселена.
По идея на Quanta Magazine
Такива гигантски партньори на неутриното и антинеутриното може да са се образували веднага след Големия взрив и да са съществували известно време докато Вселената е била много по-гореща и по-плътна, отколкото е сега. Тези тежки частици са се разпаднали в други елементарни частици като най-вероятно тежките антинеутрино да са го направили по-бързо и по този начин се е създала повече материя от антиматерия.
Проверката от Токай до Камиока
Според CP-симетрията на Стандартния модел неутриното и антинеутриното трябва да осцилират по един и същи начин. Учените от T2K решават да проверят дали неутриното и антинеутриното ще се колебаят между мюонно и електронно докато пътуват между Токай и Камиока по различен начин.
Източник: Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine
Ако CP-симетрията е ненарушена, според изчисленията на изследователите, трябва в Камиока да регистрират 23 електронни неутрино и 7 електронни антинеутрино, при "максимално" нарушение на CP ще са 27 и 6 съответно.
Реалните количества са още по-несиметрични. Наблюдавани са 32 електронни неутрино и 4 електронни антинеутрино. А това е явно нарушение на CP-симетрията.
Все пак статистическата надеждност на измерването е 2σ, което означава 5 % вероятност силното отклонение от CP симетрията да е случайност. Необходимата изисквана степен на достоверност е 5 сигма, което съответства на вероятност за грешка около 0.00005%.
Но има надежда резултатът да се подсили - наскоро ще заработи експериментът NOvA, който ще генерира лъч мюонно неутрино в Илинойс и ще измерва електронните неутрино в Минесота.
Сигнал на T2K му може да достигне стойност от 3 сигма в средата на 2020-те. "Това е много вълнуващо време, ние очакваме с нетърпение още повече данни от двата експеримента," каза Питър Шанахан (Shanahan), говорител на експеримента NOvA.
Симетриите на природата: В тозва 2-минутно видео Дейвид Каплан обяснява как търсенето на скрити симетрии води до открития като Хигс бозона.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари