Fysikere fanget spøgelseslignende partikler bryder symmetri med deres antistof-tvillinger

Super Kamiokande neutrino detektor. (Kamioka Observatory/ICRR/The University of Tokyo)

Vi er alle her kun, fordi virkeligheden er en ufuldkommen afspejling af sig selv. Takket være en fejl i naturens symmetri var der masser af materiale tilgængeligt til at klumpe sammen i de milliarder af galakser, vi nu ser i universet.

Næsten ti års værdi af data produceret af Tokai til Kamioka (T2K) partikelfysikeksperiment i Japan har givet det stærkeste bevis endnu på en ubalance, der kunne hjælpe med at forklare, hvorfor stof ikke forsvandt øjeblikke efter, at det først blev skabt.

Undersøgelsen ledte efter signifikante forskelle i, hvordan næsten-masseløse partikler kaldte neutrinoer ændre form, sammenlignet med deres 'spejl' partikel, antineutrino.



Ironisk nok er neutrinoer så små, at de næsten ikke eksisterer og glider forbi de fleste andre partikler uden en pause. Men hvad de mangler i punch, kompenserer de for i rene tal, at være en milliard gange mere almindelig end de partikler, der sætter sig sammen og udgør atomer.

Faktisk er det overfloden af ​​neutrinoer, blandet med deres mærkelige opførsel af koblingsegenskaber – beskrevet som skiftende smag – der tiltrækker fysikere, der søger forklaringertil alt fra mørkt stoftil entilsyneladende ubalancei de typer partikler, vi ser omkring os.

Dengang universet stadig var et varmt rod pakket ind i et lille (men udvidende) rum, burde kondenseringen af ​​energi til partikler have resulteret i en Noas ark af partikelpar med modsatrettede egenskaber.

Det betyder, at negativt ladede elektroner dukkede op sammen med positivt ladede antistof tvillinger kaldet positroner. Da stof kombineret med antistof udligner i et pust af stråling, burde rummet ikke være fyldt med noget mere væsentligt end bølger af lys.

Det er naturligvis ikke tilfældet. I hvert fald ikke helt. Nok partikler af stof sad fast til til sidst at skabe ting som stjerner, kometer, wombats og papirklip.

'Lige mængder stof og antistof blev skabt i det tidlige univers, så et vigtigt spørgsmål i kosmologien er, hvordan vi nåede frem til universet, som vi ser i dag, som er domineret af stof,' siger eksperimentel partikelfysiker Lindsey Bignell fra ANU i Australien til Energyeffic .

Bignell var ikke en del af undersøgelsen, men ved en ting eller to om neutrinoernes rolle i potentielt at forklare denne mærkelige ubalance.

'Vi har ikke det fulde billede af, hvordan det skete endnu, men vi ved, at CP-overtrædelse er en nødvendig ingrediens,' siger Bignell.

CP står for ladningsbytte og paritet, og henviser til ændringer i partikler, der opstår i opposition. For eksempel vender positive ladninger til negative, når partikler bliver til antipartikler. Hvad angår paritet, er det et skift i koordinater, ikke ulig din venstre hånd er et spejlmatch til din højre.

At vende ladninger og pariteter i et system bør ikke ændre, hvordan fysik fungerer, så vi vil sige, at det adlyder CP symmetri . Hvis vi fandt en forskel, ville vi sige, at CP-symmetri blev overtrådt.

Hvis dette brud i symmetri var stort nok til de rigtige partikler tidligt i universet, kunne det bare have en afsmittende effekt, der kunne efterlade os med partikler. Det behøver heller ikke være meget – der skal kun få partikler tilbage for hver 10 milliarder fotoner, der produceres.

En sådan overtrædelse var allerede blevet fundet tidligere i 1964 , da to amerikanske fysikere indirekte spottede det blandt statistikken over en sjælden form for henfald i bundter af kvarker kaldet kaoner.

Selvom det var en skelsættende opdagelse, viste omfanget af denne særlige form for krænkelse sig ikke at være nær stort nok til at forklare den ubalance i stof, vi ser i dag.

Lige siden har en række fysikere sat deres håb om en væsentlig CP-symmetriskrænkelse på andre partikelklasser - såsom den, der indeholder elektroner og neutrinoer.

'En måde vi kan udlede eksistensen af ​​CP-overtrædelser i dette system på er at måle oscillationsmønstrene for neutrinoer og antineutrinoer,' siger Bignell.

'Hvis CP bliver overtrådt, vil de være forskellige. Det er, hvad T2K-samarbejdet har gjort.'

Forskere ved Super Kamiokande-detektoren holdt mål på disse oscillationer i neutrinoer, efter at partiklerne var rejst fra det japanske protonacceleratorforskningskompleks næsten 300 kilometer væk.

Ni års resultater blev derefter sammenlignet med modeller, der beskrev, hvordan partiklerne skulle ændre sig over denne afstand.

Massen af ​​data i denne undersøgelse betyder, at vi kan være mere sikre end nogensinde før, at et brud i den altafgørende symmetri er det, der ligger bag det observerede mønster i oscillering neutrino smag.

'Dette papir fra T2K-samarbejdet repræsenterer en ekstraordinær teknisk præstation og giver et vigtigt bidrag til dette spørgsmål,' siger Bignell.

Vi er stadig langt fra et endeligt svar på spørgsmålet om, hvorfor stof eksisterer, som det gør, og vi bliver nødt til at vente på fremtidige eksperimenter for at afgøre, om denne særlige krænkelse vil hjælpe med at forklare det. Hvis ikke, skal vi måske vente på helt ny fysik.

Denne forskning blev offentliggjort i Natur .

Populære Kategorier: Sundhed , Ukategoriseret , Mennesker , Tech , Samfund , Mening , Forklarer , Miljø , Fysik , Plads ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.