Jednou z veľkých otázok, ktoré ostávajú o našom vesmíre, je to, prečo je tu viac hmoty ako antihmota.
(Obrázok: © GiroScience / Shutterstock.com)
Môžeme byť o krok bližšie k prasknutiu jednej z najväčších a najzákladnejších záhad vesmíru.
Vedci sa domnievajú, že keď sa vesmír zrodil takmer pred 14 miliardami rokov, obsahoval rovnaké množstvo hmoty a jej bizarný náprotivok, protihmota, Častice antihmoty majú rovnakú hmotnosť ako ich „normálne“ bratrance, ale opačné elektrické náboje. Asi najslávnejšie takéto duo je elektrón (normálny, negatívne nabitý) a pozitrón (antihmota, pozitívne nabitý).
Keď sa častice hmoty a antihmoty zrazia, zničia sa dokonalou účinnosťou a premenia sa na 100% čistú energiu. (Tento praktický fakt je dôvod, prečo sci-fi spisovatelia milujú motory protihmoty na ich hviezdnych lodiach.)
A v tom spočíva tajomstvo: Keby existovalo rovnaké množstvo častíc a antičastíc pri narodení vesmíru, mali by sa všetci nájsť a zničiť jeden druhého, takže náš vesmír je úplne bez seba. To sa samozrejme nestalo, ako jasne ukazuje vaša existencia. Nakoniec došlo k malému prebytku hmoty nad antihmotou - lenjedna častica na miliardu párov antihmoty hmoty.
Fyzici nejaké zhromaždili stopy o tomto tajomstve nadbytočnej hmoty v priebehu rokov. Napríklad v 60. rokoch prišli na to, že kvarky a starožitnosti sa nechová presne rovnako. Toto porušenie „symetrie parity-reverznej parity s reverznou paritou“ alebo CP symetrie krátko však nebolo dostatočné na vysvetlenie rozdielov medzi hmotou a antihmotou.
Mohol by však byť len iný typ porušenia symetrie. Koniec koncov, kvarky - stavebné kamene protónov a neutrónov - tam nie sú iba subatomárne častice. Majú príbuzných známych ako leptón, kategória, ktorá zahŕňa elektróny, mióny, častice tau a neutrína. (Kvarky a leptóny sú zase fermióny, jedna z dvoch hlavných kategórií subatomárnych častíc. Druhou kategóriou sú bozóny, ktoré obsahujú častice prenášajúce sily, ako je fotón, gluón, Higgsovci a doteraz nepotvrdená graviton.)
V novej štúdii sa ťažko prejavili známky narušenia symetrie CP neutrína a prišiel s zaujímavými výsledkami. Údaje pochádzajú prevažne z projektu T2K, ktorý generuje lúče neutrín alebo antineutrín, v závislosti od experimentálneho usporiadania, vo výskumnom komplexe japonského protónového urýchľovača v meste Tokai.
Prevažná väčšina častíc lúča sa priblížila Zemou, dokonca ani naša planéta. (Neutrinos, prezývané „duchové častice“, sú týmto spôsobom divné.) Avšak niekoľko z nich je označených podzemným detektorom na observatóriu Kamioka, 293 kilometrov od Tokai. Tento detektor je nádrž naplnená 55 000 tonami (50 000 ton) veľmi čistej vody. Ak neutrino interaguje s neutrónom v nádrži, môže sa vytvoriť mión alebo elektrón. Tieto sekundárne častice zachytáva citlivé zariadenie.
Takéto zistenia obsahujú veľa informácií. Napríklad, keď neutrína cestujú, oscilujú medzi tromi rôznymi „príchuťami“: elektrón, mión a tau. (Áno, názvy aróm sú mätúce, keďže elektrón, mión a tau sú tiež monikátormi pre rôzne častice. Fyzika častíc je však mätúca!) A typ arómy určuje, ktorá sekundárna častica sa vytvára počas zrážky s neutrónom.
Spolupráca T2K analyzovala údaje zozbierané v rámci projektu od roku 2009 do roku 2018, ako aj pozorovania z podobných experimentov. V novej štúdii, ktorá bola uverejnená online dnes (15. Apríla) v časopis NatureVedci uvádzajú, že našli dôkazy, že neutrína a antineutrína oscilujú rôznymi spôsobmi.
„Výsledky vylučujú zachovanie CP (to znamená, naznačujú, že došlo k porušeniu CP) na 95% úrovni spoľahlivosti a ukazujú, že parameter porušujúci CP bude pravdepodobne veľký,“ fyzici Silvia Pascoli a Jessica Turner - z University of Durham v Anglicku a americké ministerstvo energetiky Fermilab v Illinois, v danom poradí - napísali sprievodnú časť „Správy a názory“ v rovnakom čísle Príroda.
„Tieto výsledky by mohli byť prvými náznakmi pôvodu asymetrie hmoty a antihmoty v našom vesmíre,“ dodali Pascoli a Turner, ktorí sa nezúčastnili nového výskumu.
Aby sme to však vyjasnili: Samotné výsledky nie sú presvedčivým dôkazom porušenia CP neutrínami a antineutrínmi.
„Vidíme nejaké náznaky,“ uviedol hlavný autor štúdie Atsuko K. Ichikawa z kjótskej univerzity v Japonsku. „Súčasný výsledok je dôležitým krokom na pozorovanie porušenia CP.“
Ichikawa zdôraznila, že ďalšie kroky si budú vyžadovať viac údajov. Ale v tejto oblasti sú dobré správy: Niekoľko experimentov neutrínovej generácie novej generácie už pracuje. Napríklad japonská T2HK, ktorá bude podobná, ale silnejšia ako T2K, bola vo februári oficiálne naladená, poznamenali Pascoli a Turner. A experiment Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), ktorý bude využívať lúč vo Fermilabe a detektoroch tam a v Južnej Dakote, je naplánovaný na uvedenie do prevádzky v polovici rokov 2020.
T2HK a DUNE „poskytnú doplnkové techniky a merania,“ napísali Pascoli a Turner. „Pravdepodobne nám poskytnú definitívnu odpoveď pri hľadaní porušenia CP v nasledujúcich 15 rokoch.“
- 18 najväčších nevyriešených záhad fyziky
- Laserový experiment pomáha odhaliť záhadu antihmoty
- Prvé pevné znamenie, že sa hmota nechová ako antihmota
