Fysikere Catch Antimatter og Matter Misbehaving


En av de største mysteriene i fysikken er hvorfor det er noe i universet i det hele tatt. Denne uken kan en gruppe fysikere på verdens største atomsmasher, Large Hadron Collider, være nærmere et svar: De fant at partikler i samme familie som protonene og nøytronene som utgjør kjente objekter oppfører sig på en litt annen måte fra deres antimattere kolleger. Mens mat

En av de største mysteriene i fysikken er hvorfor det er noe i universet i det hele tatt. Denne uken kan en gruppe fysikere på verdens største atomsmasher, Large Hadron Collider, være nærmere et svar: De fant at partikler i samme familie som protonene og nøytronene som utgjør kjente objekter oppfører sig på en litt annen måte fra deres antimattere kolleger.

Mens materie og antimatter har alle de samme egenskapene, bærer antimatterpartiklene ladninger som er motsatt av de som er i materie. I en blokk av jern, for eksempel, protonene er positivt ladet og elektronene er negativt ladet. En blokk med antimatterjern ville ha negativt ladede antiprotoner og positivt ladede antielektroner (kjent som positroner). Hvis materiell og antimatter kommer i kontakt, forintetgjør de hverandre og blir til fotoner (eller noen ganger noen få lettvektspartikler som neutrinos). Annet enn det, bør et stykke materie og antimatter oppføre seg på samme måte, og til og med se det samme - et fenomen som kalles ladingparitet (CP) -symmetri.

I tillegg til den samme oppførelsen, betyr CP symmetri også at mengden materie og antimatter som ble dannet ved Big Bang, for rundt 13, 7 milliarder år siden, burde ha vært like. Klart var det ikke, for hvis det var tilfelle, ville all materie og antimatter i universet blitt utslettet ved starten, og selv mennesker ville ikke være her.

Men hvis det var et brudd på denne symmetrien, noe som betyr at en del antimateriell skulle oppføre seg på en måte som var forskjellig fra saken motparten, kunne den forskjellen forklare hvorfor saken eksisterer i dag.

For å se etter dette bruddet fysikere på Large Hadron Collider, en 17-mille lang (27 kilometer) ring under Sveits og Frankrike, en partikkel kalt en lambda-b baryon. Baryoner inkluderer klassen av partikler som utgjør vanlig materie; protoner og nøytroner er baryoner. Baryoner er laget av kvarker, og antimatterbaryoner er laget av antikviteter. Både kvarker og antikviteter kommer i seks "smaker": opp, ned, topp, bunn (eller skjønnhet), merkelig og sjarm, som forskere kaller de forskjellige varianter. En lambda-b er laget av en opp, en ned og en bunn kvark. (En proton er laget av to opp og en ned, mens en nøytron består av to ned og en opp quark.)

Hvis lambda og dens antimatter søsken viser CP symmetri, ville de forventes å forfall på samme måte. I stedet fant teamet at lambda-b- og antilambda-b-partiklene forfalt annerledes. Lambdas forfall på to måter: inn i en proton og to ladede partikler kalt pi mesoner (eller pioner), eller inn i en proton og to K mesoner (eller kaoner). Når partikler forfall, kaster de av sine datterpartikler i et bestemt sett med vinkler. Saken og antimatterlambdaene gjorde det, men vinklene var forskjellige.

Dette er ikke første gang saken og antimatter har opptrådt annerledes. På 1960-tallet studerte forskerne kaoner selv, som også forfalt på en måte som var forskjellig fra deres antimatter-kolleger. B mesons - som består av en bunnkvark og en opp, nede, merkelig eller sjarmkvark - har også vist lignende «brudd» -adferd.

Mesoner er imidlertid ikke helt som baryoner. Mesoner er par av kvarker og antikviteter. Baryoner er kun laget av vanlige kvarker, og antibaryoner er kun laget av antikviteter. Avvik mellom baryon og antibaryon nedfall hadde aldri blitt observert før.

«Nå har vi noe for baryoner, » forteller Marcin Kucharczyk, lektor ved Institutt for kjernefysikk i det polske vitenskapsakademiet, som samarbeidet om LHC-eksperimentet, og sa til Live Science. "Når du hadde observert mesoner, var det ikke klart at for baryoner var det det samme."

Mens det var tantalizing, var resultatene ikke helt solide nok til å regne som en oppdagelse. For fysikere er målet for statistisk signifikans, som er en måte å sjekke om dataene kan skje ved en tilfeldighet, og er 5 sigma. Sigma refererer til standardavvik, og en 5 betyr at det kun er en 1 i 3, 5 millioner sjanse for at resultatene vil skje ved en tilfeldighet. Dette eksperimentet fikk 3.3 sigma-bra, men ikke helt der ennå. (Det vil si at 3, 3 sigma betyr at det handler om en 1 i 4.200 sjanse for at observasjonen ville ha skjedd tilfeldig, eller om et 99 prosent konfidensnivå.)

Funnene er ikke et komplett svar på mysteriet om hvorfor saken dominerer universet, sa Kucharczyk.

"Det kan ikke forklare asymmetrien fullt ut, " sa han. "I fremtiden vil vi ha mer statistikk, og kanskje for andre baryoner."

Funnene er detaljert i 30. januar utgaven av tidsskriftet Nature Physics.

  • Den Mystiske Fysikk av 7 Everyday Things
  • De 9 mest enorme tallene i eksistens
  • Galleri: Dreamy Images Reveal Beauty in Physics

Opphavsrett 2017 SPACE.com , et kjøpsselskap . Alle rettigheter reservert. Dette materialet kan ikke bli publisert, kringkastet, omskrevet eller omfordelt.