Стандартна модель у небезпеці: на Великому адронному коллайдере виявили порушення СР-інваріантності
Співробітники LHCb, що працюють на апаратурі Великого адронного колайдера, представили на симпозіумі, що проходив у листопаді в Парижі, докази порушення CP-інваріантності (симетрії) у розпадах «зачарованих» D-мезонів. Цей результат здатний дати поштовх новим напрямкам у ядерній фізиці, а то й піддати сумніву існуючі теорії.
Людині, далекій від фізики, повідомлення вчених мало про що говорить. А у фахівців викликає шок. Це те саме, якби ви подивилися у дзеркало й побачили свої очі не на їхньому звичному місці, а десь на підборідді або на потилиці.
У фізиці поняття симетрії відіграє принципову роль. Майже таку саму, як закони збереження енергії та імпульсу. До середини ХХ століття вважалося, що в кожної частинки є своя античастинка — так зване зарядове сполучення, що позначається літерою С.
Крім того, фізичні системи повинні мати свої дзеркальні відображення, у яких усі фізичні закони також дотримано — так званий закон парності, що позначається літерою Р. Спільне дотримання обох цих припущень називається СР-інваріантністю. Воно є підґрунтям сучасної ядерної фізики й входить до Стандартної моделі, яка об’єднує всі нинішні знання про макро- і мікросвіт. Із СР-інваріантності, наприклад, випливає існування поряд із матерією ще й антиматерії.
Закон парності вважався одним із фундаментальних геометричних законів збереження до 1956 року, коли ретельний критичний аналіз накопичених експериментальних даних виявив, що в процесах слабкої взаємодії збереження парності не дотримуються: деякі реакції відбуваються не так часто, як їхні дзеркальні двійники. Крім того, виявилося, що поняття СР-інваріантності погано стикується з іншим фундаментальним твердженням сучасної космології — про те, що наш Всесвіт народжений під час Великого вибуху.
Дійсно, якщо всі ядерні реакції з матерією й антиматерією симетричні, то під час Великого вибуху мала народитися рівна кількість як матерії, так і антиматерії. А насправді цього не видно: досі нема експериментальних доказів існування хоч якихось значних концентрацій антиматерії у Всесвіті.
На пошук причин такої космічної несправедливості було кинуто сили кращих фізиків світу. Значний внесок у розв’язання цієї проблеми зробив академік Андрій Сахаров. Зусилля вчених у цьому напрямку в різні роки були оцінені багатьма Нобелівськими преміями. Але результати не задовольняли ні фізиків, які працювали над розвитком Стандартної моделі, ні астрономів, які намагаються зрозуміти, куди в нашому Всесвіті зникла антиматерія.
Тож експеримент, проведений недавно на Великому адронному колайдері, почасти відкриває завісу таємниці над цією проблемою. Детектор LHCb, установлений на БАК, орієнтований на вивчення B-мезонів — частинок, що містять так званий «чарівний» b-кварк. Нове дослідження, однак, присвячене «непрофільним» для LHCb D-мезонам. Було розглянуто процеси розпаду частинки D+ і відповідної їй античастинки D-.
Доведено, що вони розпадаються дещо по-різному. За підрахунками вчених, розбіжність у ланцюжку розпадів становить 0,82%, а це дуже багато: нинішня квантова теорія будови світу прогнозує, що ця кількість має бути менше 0,1%. Є лише незначний шанс на те, що результати спостережень — прояв випадковості. Таким чином, говорять учені, симетрія в мікросвіті має явні порушення. І гіпотетичне дзеркало, про яке ми написали на початку статті, усе-таки трохи прибріхує!
