Распад красивых кварков помогает объяснить асимметрию материи во Вселенной
Физики уже семь десятилетий бьются над вопросом, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Анализ распада некоторых субатомных частиц, наблюдаемых с помощью Большого адронного коллайдера, предоставил два небольших фрагмента головоломки, хотя до полной картины все еще далеко, пишет iflScience.
Во Вселенной много материи и очень мало антиматерии. Это очень важно для существования нашего мира в том виде, какой он есть. Если бы материи и антиматерии в начале истории космоса оказалось поровну, частицы постоянно аннигилировали бы, превращаясь в какие-то другие. Однако почему есть такая ассиметрия в количетве материи до сих пор загадка — по расчетам материи и антиматерии должно быть поровну.
В течение десятилетий ученые наблюдали намеки на объяснение в распадах частиц, которые нарушают симметрию, но в этих случаях остается лишь небольшой избыток материи. Этого недостаточно для объяснения наблюдаемого во Вселенной дисбаланса.
Необходимо найти больше распадов, нарушающих симметрию, и эксперимент с b-кварками, которые еще назвают «красивыми» на Большом адронном коллайдере был такой попыткой. Две статьи, анализирующие его результаты, сообщают о новых примерах нарушения симметрии.
В 2011-2012 годах в БАКе с огромной силой сталкивали протоны, чтобы произвести множество продуктов распада, многие из которых очень нестабильны и быстро исчезают, образуя новые частицы. Некоторые короткоживущие продукты распада представляют интерес, поскольку они содержат очарованные и красивые кварки. И то, и другое — разновидности самых фундаментальных частиц, из которых состоит все во Вселенной.
Мезоны — это субатомные частицы, которые имеют одинаковое количество кварков и антикварков. Например, π + пион состоит из верхнего кварка и нижнего антикварка (верхние и нижние — тоже разновидности кварков). Нижние кварки (или антикварки) имеют более чем в два раза большую массу, чем верхние. Из-за этой разницы они не уничтожают друг друга. Тем не менее, мезоны распадаются довольно быстро, предоставляя решающую возможность для нарушения симметрии.
В одной статье, вышедшей в Physical Review Letters, сообщается о распаде заряженных мезонов. Они состоят из двух частей: красивого кварка или антикварка и одного из антикварков — верхнего, нижнего или странного. Оказалось, что структуры с красивым антикварком распадаются быстрее, чем с кварком. То есть антиматерия в данном случае распадается быстрее, чем материя. Более быстрый распад антиматерии — это именно то, что может объяснить нарушения симметрии.
Во второй статье, которая была доступна в виде препринта здесь, описан другой пример нарушения симметрии, на этот раз в прелестных барионах. Барионы — частицы состоящие из трех кварков. По крайней мере один кварк в прелестном барионе должен тоже быть прелестным (то же самое, что «красивый»). Прелестный барионы также распадаются: в их случае на барион другого типа и два заряженных K-мезона (частица, содержащая один странный антикварк и один u- или d-кварк).
Здесь снова симметрия была нарушена: эксперимент показал разную скорость распада в зависимости от того, был вовлечен красивый кварк или антикварк. Это особенно важно, поскольку Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает этот результат, но он никогда не был подтвержден экспериментально ранее.
