Wszyscy jesteśmy tutaj tylko dlatego, że rzeczywistość jest niedoskonałym odbiciem samej siebie. Ze względu na brak symetrii we Wszechświecie, dużo materii jest dostępnych, aby połączyć się w miliardy galaktyk, które widzimy dzisiaj.
Od prawie dziesięciu lat naukowcy zbierają dane z eksperymentu fizyki cząstek elementarnych Tokai do Kamioka (T2K) w Japonii. Są najbardziej przekonującym dowodem braku równowagi, który może pomóc wyjaśnić, dlaczego materia nie zniknęła w momencie, gdy się pojawiła.
W badaniu szukano znaczących różnic w tym, jak prawie bezmasowe cząstki zwane neutrinami zmieniają kształt w porównaniu z ich „lustrzanymi” cząsteczkami, antyneutrinami.
Jak na ironię, neutrina są tak małe, że prawie nie istnieją, prześlizgują się obok większości innych cząstek bez interakcji. Ale to, czego im brakuje, tworzą ogromne ilości, występujące miliard razy częściej niż cząstki, które osadzają się razem, tworząc atomy.
W rzeczywistości ta obfitość neutrin, zmieszana z ich dziwnym zachowaniem i zmieniającymi się właściwościami, przyciąga fizyków szukających wytłumaczenia wszystkiego, od ciemnej materii po pozorną nierównowagę typów cząstek, które widzimy wokół nas.
Dawno temu, kiedy wszechświat był jeszcze gorącym nieładem upakowanym w maleńkiej (ale rozszerzającej się) przestrzeni, kondensacja energii w cząstkach powinna była wytworzyć pary cząstek o przeciwnych właściwościach.
Oznacza to, że ujemnie naładowane elektrony pojawiły się obok dodatnio naładowanych bliźniaków antymaterii zwanych pozytonami. Ponieważ materia w połączeniu z antymaterią znika w wiązce promieniowania, przestrzeń nie może być wypełniona niczym bardziej istotnym niż fale światła.
Tak oczywiście nie jest. Przynajmniej nie do końca. Dookoła nich zgromadziło się wystarczająco dużo cząstek materii, aby ostatecznie stworzyć rzeczy takie jak gwiazdy, komety, bomby i spinacze do papieru.
„We wczesnym wszechświecie powstały równe ilości materii i antymaterii, więc ważnym pytaniem w kosmologii jest to, jak dotarliśmy do wszechświata, który widzimy dzisiaj, w którym dominuje materia” – powiedział fizyk eksperymentalny Lindsay Bignell z ANU w Australii.
„Nie mamy jeszcze pełnego obrazu tego, jak to się stało, ale wiemy, że złamanie symetrii jest niezbędnym elementem” – mówi Bignell.
Symetria oznacza wymianę ładunku i parzystości, zmiany cząstek zachodzące w opozycji. Na przykład ładunki dodatnie zamieniają się w ujemne, gdy cząstki stają się antycząstkami. Jeśli chodzi o parzystość, jest to przesunięcie współrzędnych, podobnie jak fakt, że lewa ręka jest lustrzanym odbiciem prawej.
Ogromna ilość danych w tym badaniu oznacza, że możemy być bardziej niż kiedykolwiek pewni, że złamanie tej krytycznej symetrii leży u podstaw obserwowanego wzoru w oscylujących neutrinach.
Wciąż jesteśmy dalecy od ostatecznej odpowiedzi na pytanie, dlaczego materia istnieje taka, jaka istnieje, i będziemy musieli poczekać na przyszłe eksperymenty, aby ustalić, czy to konkretne naruszenie pomoże to wyjaśnić. Jeśli nie, to być może będziemy musieli poczekać na zupełnie nową fizykę.
Badanie to zostało opublikowane w czasopiśmie Nature.
Źródła: Zdjęcie: Super Kamiokand Neutrino Detector. (Obserwatorium Kamioka / ICRR / Uniwersytet Tokijski)
