Nauka

Badacze z LHC wiedzą, gdzie podziała się antymateria

Ostatnia aktualizacja: 17.11.2011 23:55
Antymateria, chociaż znana od dawna, wciąż jest tematem jednego z ważniejszych pytań fizyki. Pytanie to nie brzmi jednak: "skąd się wzięła?", ale: "gdzie się podziała?". Wiemy już nieco więcej.

Wyniki badań, przybliżających odpowiedź, zaprezentowano na konferencji w Paryżu. Rozpady nietypowych cząstek, składających się z kwarków i antykwarków, obserwowane przez detektor LHCb w ośrodku badawczym CERN pod Genewą, pokazuje, że materia i antymateria różnią się od siebie bardziej, niż dotąd udało się zaobserwować.

Być może dzięki wynikom tych badań, zaprezentowanym na rozpoczętej w poniedziałek konferencji fizyków w Paryżu, uda się wyjaśnić, dlaczego w naszym Wszechświecie nie ma antymaterii.

- Obserwowaliśmy proces rozpadu mezonów D, cząstek składających się z kwarka powabnego i antykwarka górnego. W szczególności porównywaliśmy rozpady mezonów D z rozpadami ich antycząstek -  wyjaśnia rzecznik eksperymentu LHCb Pierluigi Campana w komunikacie opublikowanym na stronie CERN .

Naukowcy chcieli ustalić, czy proces rozpadu mezonów D przebiega inaczej, jeśli jeden z tworzących go kwarków zostanie zastąpiony przez odpowiadający mu antykwark i odwrotnie - antykwark przez cząstkę materii. Okazało się, że tak, a różnica jest nadspodziewanie duża. - Zgodnie z Modelem Standardowym, pomiary powinny wskazywać bardzo małą wartość pewnego wskaźnika, tzw. Delta ACP, który wylicza się patrząc na odsetek konkretnych rodzajów rozpadu i na niektóre właściwości materii i antymaterii - wyjaśnia Campana. Tymczasem, jak podkreślił, pomiary wskazały, że wskaźnik Delta ACP wyniósł ok. 0,8 proc. zamiast przewidywanego 1 promila lub mniej.

Wielki Wybuch stworzył po równo: materię i antymaterię

Antymateria to fenomen znany fizykom od dziesięcioleci. Każda cząstka elementarna ma swój anty-odpowiednik, który ma ładunek elektryczny o przeciwnym znaku. Czyli antyproton jest cząstką o masie i innych własnościach protonu, ale o ujemnym ładunku, zaś antyelektron (inaczej pozytron) ma masę elektronu, ale ładunek dodatni. Mówi się też, że cząstka i anty-cząstka są swoimi lustrzanymi odbiciami.

Gdy cząstka antymaterii zetknie się ze swoją bliźniaczą cząstką materii, to obie ulegają anihilacji, czyli znikają, zamieniając się w fotony - czystą energię. Właśnie z powodu wybuchowych konsekwencji zetknięcia materii z antymaterią nie jest możliwe zaobserwowanie antycząstek trwale istniejących w przyrodzie. Pojawiają się one np. w procesie rozpadu promieniotwórczego jąder atomów i można też wytwarzać je w laboratoriach. Ale niezależnie od tego, jak powstały, cząstki antymaterii nie żyją długo - anihilują natychmiast po zetknięciu ze zwykłą materią, a wraz z nimi w energię zamienia się taka sama liczba zwykłych cząstek.

Natomiast w procesie odwrotnym do anihilacji, nazywanym kreacją, czyli w trakcie zamiany energii w materię, regułą jest tworzenie się takiej samej liczby cząstek i antycząstek. Fizycy są więc zgodni, że w Wielkim Wybuchu musiało powstać tyle samo materii, co antymaterii.

I tu pojawia się zagadka. Skoro antymaterii i materii było tyle samo, a po zetknięciu ze sobą te substancje anihilują, to nie powinien istnieć żaden Wszechświat, bo cała materia znikłaby, zamieniając się w światło. Stało się jednak inaczej.

Skąd przewaga cząstek?

Jedynym wytłumaczeniem jest koncepcja, że w gwałtownym i niestabilnym okresie pierwszych sekund po Wielkim Wybuchu, powstałe w wyniku serii gigantycznych aktów kreacji cząstki i antycząstki, zetknąwszy się ze sobą anihilowały, ale nie pozostała po nich tylko energia, ponieważ przed ostateczną anihilacją materia z jakiegoś powodu zyskała przewagę liczebną nad antymaterią. Skutek był taki, że anihilowała taka sama ilość materii i antymaterii, a "nadwyżka" materii pozostała. Umożliwiło to powstanie materialnego świata: gwiazd, planet i życia na planetach. Krótko mówiąc: nasza rzeczywistość powstała z resztek. Nie wiadomo tylko dlaczego.

Nowe wyniki eksperymentów w CERN mogą oznaczać, że do wyjaśnienia zagadki antymaterii potrzebne będą zupełnie nowe teorie fizyczne. Konieczne jest jednak dokładniejsze zweryfikowanie pomiarów. - Zespół eksperymentu LHCb i teoretycy spotkali się w CERN 10 i 11 listopada, żeby przedyskutować wpływ wyników pomiarów na istniejące teorie oraz o tym, jak powinniśmy teraz patrzeć na właściwości kwarka powabnego. Udoskonalone pomiary i niezależne kontrole wyników, zaplanowane przez zespół, na pewno pomogą wyjaśnić sytuację. Zweryfikowane wyniki powinny być dostępne na początku przyszłego roku - informuje zespół LHCb na swojej stronie internetowej.

(ew/pap)

Czytaj także

Piękna antymateria w eksperymencie LHCb

Ostatnia aktualizacja: 27.04.2010 12:40
Zaobserwowano rozpad mezonu pięknego - jest przełom w badaniu antymaterii.
rozwiń zwiń
Czytaj także

W poszukiwaniu zaginionej antymaterii

Ostatnia aktualizacja: 02.09.2010 13:50
Polscy naukowcy próbują wyjaśnić, dlaczego przy Wielkim Wybuchu powstała dysproporcja między materią, a antymaterią.
rozwiń zwiń
Czytaj także

Antymateria: to dlatego Wszechświat się rozszerza

Ostatnia aktualizacja: 14.04.2011 15:20
W 1998 roku naukowcy ustalili, że Wszechświat ciągle sie rozszerza – i to coraz szybciej. Nie można tego wyjaśnić prostą inercją po Wielkim Wybuchu. Teorii było wiele. Najnowsza uważa, że to z powodu antymaterii.
rozwiń zwiń
Czytaj także

Rekord: antymateria istniała przez kwadrans

Ostatnia aktualizacja: 07.06.2011 08:00
Już wkrótce dowiemy się, dlaczego Wszechświat zbudowany jest ze zwykłej materii i czy antymateria odpowiedzialna jest za jego rozszerzanie się.
rozwiń zwiń
Czytaj także

Antymateria otacza Ziemię

Ostatnia aktualizacja: 10.08.2011 13:15
Naukowcy odkryli cienki pas antyprotonów otaczający Ziemię - podaje New Scientist. Odkrycie opublikowano w "Astrophysical Journal Letters".
rozwiń zwiń
Czytaj także

Gdzie jeszcze można szukać "boskiej cząstki"?

Ostatnia aktualizacja: 22.08.2011 13:16
Jest coraz mniej miejsc, w których można szukać cząstki Higgsa. Eksperymenty w LHC wykluczyły jej istnienie w dużym obszarze poszukiwań.
rozwiń zwiń