В Швейцарии зафиксировано ключевое нарушение симметрии в барионах: шаг к разгадке происхождения материи

Команда физиков, работающая с детектором LHCb на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, зафиксировала первое в истории достоверное нарушение CP-симметрии в распаде барионов — фундаментальных частиц, из которых состоит большинство наблюдаемой материи во Вселенной, включая протоны и нейтроны. Это открытие имеет потенциал изменить понимание природы материи и приблизить науку к разгадке того, почему наша Вселенная существует в её текущем виде.

Речь идёт о CP-нарушении (нарушении зарядово-зеркальной симметрии) при распаде тяжёлого лямбда-бариона с b-кварком — частицы, состоящей из трёх кварков, один из которых относится к семейству “тяжёлых”. CP-симметрия предполагает, что частицы и античастицы должны вести себя идентично, если поменять их местами с отражением и поменять заряд. Однако реальность, как показывает эксперимент, нарушает эту симметрию.

В течение девяти лет команда исследователей регистрировала распады почти триллиона лямбда-барионов и их античастиц, в результате чего было зафиксировано статистически значимое отличие — около 2,5% — в вероятностях распадов между частицей и античастицей. Статистическая достоверность достигла уровня 5,8 сигма — это выше общепринятого порога открытия в физике частиц (5 сигма).

Ранее подобные эффекты были надёжно зафиксированы только в распадах мезонов — частиц, состоящих из кварка и антикварка. В случае барионов такие отклонения долгое время оставались теоретическим предположением. Новый результат расширяет поле возможных источников CP-нарушения, особенно тех, что выходят за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц.

Ценность открытия заключается не только в научной новизне, но и в его потенциальной связи с космологической загадкой барионной асимметрии. Согласно моделям Большого взрыва, материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах, взаимно аннигилировать и оставить после себя пустую Вселенную, заполненную только излучением. Однако наблюдаемая реальность — это мир, почти полностью состоящий из материи. Где антиматерия — остаётся открытым вопросом.

По мнению ведущих теоретиков, включая профессора Шона Кэрролла, этот результат — “небольшой, но важный фрагмент большой головоломки”, подтверждающий: барионы действительно способны нарушать симметрию и, вероятно, сыграли ключевую роль в формировании материи в ранней Вселенной.

Ведущий автор работы Сюйэтин Ян подчеркивает, что это только первый шаг. Для объяснения масштабной асимметрии требуются дополнительные источники CP-нарушения, которые, вероятно, находятся за пределами Стандартной модели. Именно в этом направлении продолжатся исследования на LHCb и других передовых детекторах, работающих на грани фундаментальной физики.

Открытие представляет собой не только научный прорыв, но и подчёркивает актуальность международного сотрудничества и долгосрочных инвестиций в фундаментальные исследования. В контексте Узбекистана, активно развивающего направления ядерной и теоретической физики, подобные достижения формируют ориентиры для стратегического развития науки и образования.