For første gang noensinne har fysikere ved verdens største atomknusere observert forskjeller i forfallet til partikler og antipartikler som inneholder en grunnleggende byggestein av materie, kalt sjarmkvarken.
Funnet kan bidra til å forklare mysteriet om hvorfor materie i det hele tatt eksisterer.
"Det er en historisk milepæl," sa Sheldon Stone, professor i fysikk ved Syracuse University og en av samarbeidspartnerne til den nye forskningen.
Materiale og antimaterie
Hver partikkel av materie har en antipartikkel, som er identisk i masse, men med en motsatt elektrisk ladning. Når materie og antimaterie møtes, utsletter de hverandre. Det er et problem. Big Bang burde ha skapt en tilsvarende mengde materie og antimaterie, og alle disse partiklene skal ha ødelagt hverandre raskt, og ikke etterlatt seg noe annet enn ren energi.
Forestillingen om CP-brudd kom fra den russiske fysikeren Andrei Sakharov, som foreslo det i 1967 som en forklaring på hvorfor materie overlevde Big Bang.
Stone er et av kriteriene som er nødvendige for at vi skal eksistere, "sa Stone," så det er litt viktig å forstå hva opprinnelsen til CP-brudd er. "
Det er seks forskjellige typer kvarker, alle med egne egenskaper: opp og ned, topp og bunn og sjarm og rart. I 1964 observerte fysikere CP-bruddet i det virkelige liv i rare kvarker. I 2001 så de det skje med partikler som inneholder bunnkvarker. (Begge funnene førte til nobelpriser for de involverte forskerne.) Fysikere hadde lenge teoretisert at det skjedde med partikler som inneholder sjarmkvarker, men ingen hadde noen gang sett det.
Sjarmert, det er jeg sikker på
Stone er en av forskerne på skjønnhetseksperimentet Large Hadron Collider (LHC), som bruker CERNs Large Hadron Collider, den 16,5 mils (27 kilometer) ringen på den fransk-sveitsiske grensen som sender subatomære partikler som bryr seg inn i hverandre for å re- skape blinkene fra forbløffende energi som fulgte Big Bang. Når partiklene smash inn i hverandre, bryter de inn i deres bestanddeler, som deretter råtner i fraksjoner av et sekund til mer stabile partikler.
De siste observasjonene involverte kombinasjoner av kvarker kalt mesoner, nærmere bestemt D0 ("d-zero") meson og anti-D0 meson. D0-mesonet består av en sjarmkvark og en anti-opp-kvark (antipartikkelen til opp-kvarken). Anti-D0 meson er en kombinasjon av en anti-sjarm kvark og en opp kvark.
Begge disse mesonene forfaller på mange måter, men noen små prosentandeler av dem ender opp som mesoner som kalles kaoner eller pioner. Forskerne målte forskjellen i forfallshastigheter mellom D0 og anti-D0-mesonene, en prosess som innebar å ta indirekte målinger for å sikre at de ikke bare målte en forskjell i den første produksjonen av de to mesonene, eller forskjeller i hvor godt deres utstyr kunne oppdage forskjellige subatomiske partikler.
Bunnlinjen? Forfallsforholdene varierte med en tidel av en prosent.
"Midlene for at D0 og anti-D0 forfaller ikke i samme takt, og det er det vi kaller CP-brudd," sa Stone.
Og det gjør ting interessant. Forskjellene i forfallene er sannsynligvis ikke store nok til å forklare hva som skjedde etter Big Bang for å etterlate seg så mye materie, sa Stone, selv om den er stor nok til å være overraskende. Men nå, sa han, får fysikkteoretikere sin tur med dataene.
Fysikere er avhengige av noe som kalles Standard Model for å forklare, vel, alt i subatomær skala. Spørsmålet nå, sa Stone, er om spådommene gjort av Standard Model kan forklare sjarmkvarkmåling teamet nettopp har gjort, eller om det vil kreve en slags ny fysikk - som, sa Stone, ville være det mest spennende resultatet.
"Hvis dette bare kunne forklares med ny fysikk, kan den nye fysikken inneholde ideen om hvor denne CP-bruddet kommer fra," sa han.
Forskere kunngjorde funnet i en CERN-webcast og publiserte en forhåndsutskrift av et papir med detaljer om resultatene på nettet.
- Hva er det? Dine fysiske spørsmål besvart
- De 18 største uløste mysteriene i fysikk
- Bilder: Verdens største Atom Smasher (LHC)
