5 Minute
Introducere: Descoperirea asimetriei fundamentale a Universului
De zeci de ani, fizicienii încearcă să răspundă uneia dintre cele mai profunde întrebări științifice: De ce Universul există așa cum îl cunoaștem, în loc să dispară în urma unei anihilări catastrofale între materie și antimaterie? Un progres important obținut la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) oferă acum noi perspective. Cercetătorii de la Large Hadron Collider (LHC) au identificat diferențe semnificative în comportamentul barionilor materiei și antimateriei – un avans care clarifică legile care guvernează cosmosul și originea existenței.
Context științific: Enigma materiei și antimateriei
Antimateria, adesea prezentată eronat în cultura populară ca fiind exotică sau periculoasă, este de fapt formată din particule subatomice care sunt imagini în oglindă ale corespondentelor lor din materie, diferențiindu-se doar prin sarcina electrică opusă. Dacă materia și antimateria se întâlnesc, se anihilează reciproc, eliberând energie. Teoria cosmologică susține că, după Big Bang, s-au format în cantități egale materie și antimaterie. Dacă legile fizicii ar fi fost perfect simetrice, toate particulele și antiparticulele s-ar fi anihilat complet, rezultând un Univers aproape gol.
Totuși, Universul nostru este plin de stele, planete, galaxii și viață, ceea ce indică faptul că materia a avut un mic avantaj asupra antimateriei. Această disproporție, cunoscută drept asimetria materie–antimaterie, reprezintă o problemă fundamentală în cosmologie și fizica particulelor. Cercetătorii bănuiesc că această diferență își are originea în anumite subtilități ale legilor fizicii, mai precis într-un fenomen numit încălcarea simetriei sarcină-paritate (CP violation).
Experimente recente la LHC: Detectarea încălcării CP la barioni
Încălcarea simetriei CP se produce atunci când legile fizicii tratează materia și antimateria diferit din punctul de vedere al sarcinii electrice și al orientării spațiale. Până de curând, astfel de încălcări au fost observate doar la o anumită clasă de particule, numite mezoni. Totuși, modelele teoretice sugerează că acest fenomen ar trebui să apară și la barioni – particule precum protonii și neutronii, care reprezintă cea mai mare parte a materiei din Univers.
Într-un studiu remarcabil, cercetătorii de la CERN au analizat aproximativ 80.000 de evenimente de dezintegrare a particulelor înregistrate de LHC între 2011 și 2018, investigând barionul lambda-beauty (Λb) și omologul său de antimaterie. Ținta lor a fost să determine dacă aceste particule se dezintegrează într-o manieră identică, ca într-o oglindă, așa cum ar impune simetria CP.
Surprinzător, echipa a observat o diferență relativă de 2,5% în modelele de dezintegrare ale barionilor Λb și anti-Λb — un semn semnificativ de încălcare a simetriei CP în afara sectorului mezonilor. După cum notează dr. Xueting Yang, fizician CERN și autor principal, „Aceste date arată că diferențele subtile dintre materie și antimaterie apar la o gamă mai largă de particule, ceea ce demonstrează că legile fundamentale ale Universului fac distincție între barioni și antibarioni.”
Robustețea statistică și impactul științific
Semnificația statistică a acestui rezultat a atins 5,2 sigma – un prag extrem de riguros în fizica experimentală, ce corespunde unei probabilități de unu la zece milioane ca rezultatul să fie o fluctuație întâmplătoare. Acest nivel de certitudine este esențial pentru ca întreaga comunitate științifică să accepte descoperirea ca fiind reală.
Implicarea teoretică: Testarea și extinderea Modelului Standard
Descoperirea are implicații majore pentru bazele fizicii particulelor. Modelul Standard, cadrul teoretic actual de explicare a particulelor subatomice și interacțiunilor lor, prezice un anumit grad de încălcare CP, însă insuficient pentru a explica predominanța materiei în Univers. După cum explică dr. Yang, „Încălcarea simetriei CP este esențială pentru a explica de ce Universul este dominat de materie. Totuși, cuantumul prezis de Modelul Standard nu poate justifica această dominație. Această diferență sugerează existența unor legi fizice noi, încă nedescoperite, care ar putea contribui la încălcări suplimentare ale simetriei CP.”
Fizicienii au testat și alte ipoteze, precum posibilitatea ca antimateria să se comporte diferit în câmp gravitational. Experimente anterioare la CERN au demonstrat că antimateria, la fel ca materia, cade sub acțiunea gravitației – fără dovezi pentru o încălcare CP gravitațională. Însă descoperirea actuală privind încălcarea CP la dezintegrarea barionilor oferă o nouă cale pentru extinderea granițelor Modelului Standard.
Semnificație largă și perspective viitoare
Deși încălcarea CP detectată la barioni corespunde îndeaproape predicțiilor Modelului Standard, aceasta nu explică pe deplin abundența extraordinară a materiei asupra antimateriei. Descoperirea marchează totuși un pas esențial în fizica experimentală, extinzând cercetarea asimetriei în sectorul barionilor – un domeniu mai puțin explorat până acum.
Pe măsură ce cercetătorii își rafinează măsurătorile și studiază noi particule și procese de dezintegrare la LHC, există șansa de a găsi surse suplimentare de încălcare CP. Identificarea acestora ar putea depăși granițele Modelului Standard, oferind indicii valoroase despre primele momente ale Universului și deschizând drumul pentru noi teorii fizice.
„Aceste rezultate deschid o nouă perspectivă asupra originii încălcării CP în barioni,” afirmă dr. Yang. „Fizicienii caută acum intens surse suplimentare și neașteptate care să elucidize misterul materie–antimaterie. Descoperirea lor ar putea transforma profund înțelegerea legilor fundamentale ale Universului.”
Concluzie
Această descoperire de referință la Large Hadron Collider al CERN aduce comunitatea științifică mai aproape de elucidarea unuia dintre cele mai mari mistere ale Universului: de ce există ceva, și nu nimic. Prin demonstrarea clară a încălcării simetriei sarcină-paritate în barioni, fizicienii deschid noi orizonturi în căutarea asimetriei fundamentale dintre materie și antimaterie. Chiar dacă răspunsul final nu a fost găsit, fiecare progres – precum acesta – aprofundează înțelegerea structurii fundamentale a existenței și sugerează că ne așteaptă o fizică și mai bogată, ce abia așteaptă să fie descoperită.
Sursa: nature
Comentarii