În cadrul experimentului LHCb de la CERN, fizicienii au descoperit dovezi privind încălcarea simetriei CP în cazul barionilor, o familie de particule din care fac parte protonii și neutronii care formează toată materia din Univers.

Simetria CP (sarcină-paritate) prevede că barionii din materia obişnuită se comportă exact la fel precum omologii lor din antimaterie. Orice încălcare a acestei simetrii ar însemna că legile fizicii nu sunt aceleași pentru materie şi antimaterie.

Simetria CP este deosebit de importantă, deoarece prin înțelegerea modului cum poate fi încălcată această simetrie s-ar putea explica dezechilibrul care există între cantitatea de materie şi antimaterie din Univers, în ciuda faptului că în urma evenimentului Big Bang s-au creat cantități egale de materie și antimaterie.

Modelul Standard al fizicii particulelor prevede o mică încălcare a simetriei CP în cazul barionilor. Deşi simetria CP a fost studiată mai bine de 50 de ani, până în prezent nu s-au descoperit dovezi privind încălcarea acesteia în cazul barionilor.

Mai mult decât atât, încălcarea simetriei CP, aşa cum este prevăzută în Modelul Standard, nu este suficient de mare pentru a explica dezechilibrul observat dintre cantitatea de materie şi antimaterie din Univers. Prin urmare, trebuie să existe alte fenomene care contribuie la încălcarea simetriei CP, iar unul dintre obiectivele principale ale experimentului LHCb de la CERN este tocmai acela de a căuta noi surse de încălcare a simetriei CP.

Noile rezultate obţinute în cadrul experimentului LHCb se bazează pe analiza datelor colectate în primii trei ani de funcţionare a acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC).

Colaborarea LHCbColaborarea LHCb. Credit: CERN

Dintre toate particulele cu durată scurtă de viață care au fost create în urma coliziunilor proton-proton, fizicienii care lucrează la experimentul LHCb au ales să compare modul cum se dezintegrează barionul Λb0 și omologul său de antimaterie, Λb0-bar, într-un proton (sau antiproton) și trei particule încărcate electric denumite pioni. Acest proces este extrem de rar și până în prezent nu a mai fost observat.

Deoarece acceleratorul de particule LHC poate produce aceşti barioni din abundenţă, cercetătorii au reuşit să detecteze un eșantion de aproximativ 6.000 de astfel de dezintegrări.

Fizicienii au comparat distribuţia unghiulară a produşilor de dezintegrare şi au calculat cantitățile de materie şi antimaterie care au rezultat prin dezintegrarea barionilor Λb0 şi Λb0-bar.  Orice diferență semnificativă, sau asimetrie, între cantitățile de materie și antimaterie generate în acest mod evidenţiază o încălcare a simetriei CP.

Datele LHCb au relevat un nivel semnificativ de asimetrie în ceea ce priveşte cantităţile produşilor de dezintegrare ai Qb0 și Qb0-bar. Acestea au fost în unele cazuri diferite cu până la 20%.

Semnificația statistică a rezultatului, care se referă la probabilitatea ca acest rezultat să se datoreze întâmplării, este de 3,3 deviații standard și o descoperire este revendicată atunci când această valoare atinge 5 deviații standard.

Rezultatele cercetătorilor, care au fost publicate în revista Nature, vor fi în curând actualizate pe baza celor mai noi date obţinute de LHC.

Dacă dovezile găsite anterior cu privire la încălcarea simetriei CP vor fi confirmate şi de noile date, atunci acest rezultat va avea o importanţă deosebită pentru a înţelege ce s-a întâmplat în timpul Big Bangului şi pentru  elucidarea misterului privind dezechilibrul dintre cantitatea de materie şi antimaterie din Univers.

Sursă: Phys.org