Vật chất không đối xứng phản vật chất trong hạt quark quyến rũ

Giáo sư Sheldon Stone nổi bật nói rằng những phát hiện này là lần đầu tiên, mặc dù sự bất đối xứng vật chất phản vật chất đã được quan sát trước đây trong các hạt có quark lạ hoặc quark làm đẹp.

Lần đầu tiên, ông và các thành viên của nhóm nghiên cứu Vật lý năng lượng cao (HEP) đã đo được và với độ chắc chắn 99,999%, sự khác biệt trong cách các meson D0 và meson chống D0 biến thành các sản phẩm phụ ổn định hơn.

Meson là các hạt hạ nguyên tử bao gồm một quark và một phản vật chất, liên kết với nhau bằng các tương tác mạnh.

“Đã có nhiều nỗ lực để đo lường sự bất đối xứng của vật chất phản vật chất, nhưng cho đến nay, vẫn chưa có ai thành công”, Stone, người cộng tác trong thí nghiệm Người đẹp Hadron Collider (LHCb) tại phòng thí nghiệm Cern ở Geneva, Thụy Sĩ cho biết. “Đó là một cột mốc quan trọng trong nghiên cứu phản vật chất.”

Các phát hiện cũng có thể chỉ ra vật lý mới ngoài Mô hình Chuẩn, mô tả cách các hạt cơ bản tương tác với nhau. “Cho đến lúc đó, chúng ta cần chờ đợi những nỗ lực lý thuyết để giải thích sự quan sát bằng các phương tiện ít bí truyền hơn”, ông nói thêm.

Mỗi hạt vật chất có một phản hạt tương ứng, giống hệt nhau về mọi mặt, nhưng với một điện tích trái dấu. Các nghiên cứu chính xác về các nguyên tử hydro và chống hydro, chẳng hạn, cho thấy sự tương đồng vượt ra ngoài vị trí thập phân tỷ.

Khi vật chất và các hạt phản vật chất tiếp xúc với nhau, chúng hủy diệt lẫn nhau trong một luồng năng lượng tương tự như những gì đã xảy ra trong Vụ nổ lớn, khoảng 14 tỷ năm trước.

“Đó là lý do tại sao có rất ít phản vật chất xuất hiện tự nhiên trong Vũ trụ xung quanh chúng ta”, Stone, thành viên của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, người đã trao cho ông giải thưởng WKH Panofsky năm nay về Vật lý hạt thí nghiệm.

Câu hỏi về tâm trí của Stone liên quan đến bản chất tương đương nhưng trái ngược của vật chất và phản vật chất. “Nếu cùng một lượng vật chất và phản vật chất bùng nổ thành sự tồn tại của sự ra đời của Vũ trụ, đáng lẽ không có gì bị bỏ lại ngoài năng lượng thuần túy. Rõ ràng, điều đó đã không xảy ra”, ông nói trong một tiếng nói nhỏ.

Do đó, Stone và các đồng nghiệp LHCb của mình đã tìm kiếm sự khác biệt tinh tế trong vật chất và phản vật chất để hiểu tại sao vật chất lại phổ biến đến vậy.

Câu trả lời có thể nằm ở CERN, nơi các nhà khoa học tạo ra phản vật chất bằng cách đập các proton lại với nhau trong Máy va chạm Hadron lớn (LHC), máy gia tốc đặc biệt mạnh nhất, mạnh nhất thế giới. LHC tạo ra càng nhiều năng lượng, các hạt càng lớn và phản hạt được hình thành trong quá trình va chạm.

Chính trong các mảnh vỡ của những vụ va chạm này, các nhà khoa học như Ivan Polyakov, một postdoc trong nhóm HEP của Syracuse, săn lùng các thành phần hạt.

“Chúng tôi không thấy phản vật chất trong thế giới của chúng tôi, vì vậy chúng tôi phải sản xuất nó một cách giả tạo”, ông nói. “Dữ liệu từ các va chạm này cho phép chúng tôi lập bản đồ phân rã và biến đổi các hạt không ổn định thành các sản phẩm phụ ổn định hơn.”

HEP nổi tiếng với nghiên cứu tiên phong về các hạt quark các hạt cơ bản là các khối xây dựng của vật chất. Có sáu loại, hoặc mùi thơm của quark, nhưng các nhà khoa học thường nói về chúng theo cặp: lên / xuống, quyến rũ / lạ và trên / dưới. Mỗi cặp có một khối lượng và điện tử phân đoạn tương ứng.

Ngoài quark sắc đẹp (“b” trong “LHCb”), HEP quan tâm đến quark quyến rũ. Mặc dù có khối lượng tương đối cao, một quark quyến rũ vẫn sống một sự tồn tại thoáng qua trước khi phân rã thành thứ gì đó ổn định hơn.

Gần đây, HEP đã nghiên cứu hai phiên bản của cùng một hạt. Một phiên bản chứa quark quyến rũ và phiên bản phản vật chất của quark up, được gọi là quark chống lên. Các phiên bản khác có quark chống quyến rũ và quark lên.

Sử dụng dữ liệu LHC, họ đã xác định cả hai phiên bản của hạt, vào hàng chục triệu và đếm số lần mỗi hạt phân rã thành các sản phẩm phụ mới.

“Tỷ lệ của hai kết quả có thể xảy ra phải giống hệt nhau cho cả hai nhóm hạt, nhưng chúng tôi thấy rằng các tỷ lệ này khác nhau khoảng một phần mười của một phần trăm,” Stone nói. “Điều này chứng tỏ rằng vật chất quyến rũ và các hạt phản vật chất không hoàn toàn có thể thay thế cho nhau.”

Thêm Polyakov, “Các hạt có thể trông giống nhau ở bên ngoài, nhưng chúng hoạt động khác nhau ở bên trong. Đó là câu đố của phản vật chất.”

Ý tưởng rằng vật chất và phản vật chất hành xử khác nhau không phải là mới. Các nghiên cứu trước đây về các hạt có quark lạ và quark đáy đã xác nhận như vậy.

Điều làm cho nghiên cứu này trở nên độc đáo, Stone kết luận, đó là lần đầu tiên bất kỳ ai chứng kiến ​​các hạt có quark quyến rũ không đối xứng: “Đó là một trong những cuốn sách lịch sử”.

Công trình của HEP được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia.

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Syracuse . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.