Nagyon korán világegyetem, nem sokkal az ősrobbanás után, amindegy' és az 'antianyag' egyaránt egyenlő mennyiségben létezett. Az eddig ismeretlen okok miatt azonban a 'mindegy' uralja a jelent világegyetem. A T2K kutatói a közelmúltban kimutatták a töltés-paritás esetleges megsértését a neutrínóban és a megfelelő antineutrínó oszcillációkat. Ez egy előrelépés a miértek megértésében mindegy uralja a világegyetem.
Az ősrobbanás (amely körülbelül 13.8 milliárd évvel ezelőtt történt) és más kapcsolódó fizikaelméletek azt sugallják, hogy a korai világegyetem a sugárzás volt „domináns” ésmindegy' és a 'antianyag' egyenlő mennyiségben létezett.
De a világegyetem amelyről tudjuk, hogy ma az „anyag” domináns. Miért? Ez az egyik legérdekesebb rejtély világegyetem. (1).
A világegyetem amelyekről ma tudjuk, hogy egyenlő mennyiségű „anyaggal” és „antianyaggal” kezdődött, mindkettő párban jött létre, ahogy azt a természet törvénye megkívánta, majd ismételten megsemmisült, és a „kozmikus háttérsugárzás” néven ismert sugárzás keletkezett. Körülbelül 100 mikromásodperccel az ősrobbanás után az anyag (részecskék) valamiképpen több mint az antirészecskéket kezdték meg, mondjuk minden milliárdhoz eggyel, és másodperceken belül az összes antianyag megsemmisült, csak anyag maradt hátra.
Mi az a folyamat vagy mechanizmus, amely ilyen különbséget vagy aszimmetriát hozna létre az anyag és az antianyag között?
1967-ben Andrej Szaharov orosz elméleti fizikus három olyan feltételt feltételezett, amelyek szükségesek ahhoz, hogy egyensúlyhiány (vagy eltérő sebességű anyag- és antianyag-termelés) bekövetkezzen. világegyetem. Az első Szaharov-feltétel a barionszám (egy interakció során megmaradó kvantumszám) megsértése. Ez azt jelenti, hogy a protonok rendkívül lassan bomlanak le könnyebb szubatomi részecskékre, mint például a semleges pion és a pozitron. Hasonlóképpen, egy antiproton bomlott pionra és elektronra. A második feltétel a töltéskonjugációs szimmetria (C) és a töltéskonjugáció-paritás szimmetria (CP) megsértése, amelyet töltés-paritássértésnek is neveznek. Harmadik feltétel, hogy a barion-aszimmetriát generáló folyamat ne legyen termikus egyensúlyban a gyors tágulás miatt, ami csökkenti a pármegsemmisülés előfordulását.
Ez a Szaharov második kritériuma a CP megsértésére, amely a részecskék és antirészecskék közötti egyfajta aszimmetria példája, amely leírja bomlásuk módját. A részecskék és antirészecskék viselkedésének, azaz mozgásuk, kölcsönhatásuk és bomlásuk módjának összehasonlításával a tudósok bizonyítékot találhatnak erre az aszimmetriára. A CP megsértése azt bizonyítja, hogy néhány ismeretlen fizikai folyamat felelős az anyag és az antianyag eltérő termeléséért.
Ismeretes, hogy az elektromágneses és az „erős kölcsönhatások” szimmetrikusak C és P alatt, következésképpen a CP termék alatt is szimmetrikusak (3). „Ez azonban nem feltétlenül igaz a „gyenge kölcsönhatásra”, amely sérti mind a C, mind a P szimmetriát. mondja Prof. BA Robson. Azt mondja továbbá, hogy „a CP megsértése gyenge kölcsönhatásokban azt jelenti, hogy az ilyen fizikai folyamatok a barionszám közvetett megsértéséhez vezethetnek, így az anyagteremtés előnyben részesül az antianyag létrehozásával szemben”. A nem kvark részecskék nem mutatnak semmilyen CP-sértést, míg a kvarkokban a CP-sérülés túl kicsi, és jelentéktelen ahhoz, hogy különbség legyen az anyag és az antianyag létrehozásában. Tehát a CP megsértése a leptonokban (neutrínók) válik fontossá, és ha bebizonyosodik, akkor választ adna arra, hogy miért a világegyetem az anyag domináns.
Bár a CP-szimmetria megsértését még véglegesen be kell bizonyítani (1), de a T2K csapat nemrégiben közölt eredményei azt mutatják, hogy a tudósok nagyon közel állnak hozzá. Első alkalommal mutatták ki, hogy a részecskékről az elektronokra és a neutrínókra való átmenetet előnyben részesítik az antirészecskékről az elektronokra és az antineutrínókra való átállással szemben a T2K-n (Tokaitól Kamiokáig) végzett rendkívül kifinomult kísérletek révén (2). A T2K két laboratóriumra utal, a japán protongyorsító kutatókomplexumra (J-Parc) Tokai és a Super-Kamiokande földalatti neutrínó-obszervatórium a Kamioka, Japán, egymástól körülbelül 300 km. A tokai protongyorsító nagy energiájú ütközésekből állította elő a részecskéket és antirészecskéket, a kamiokai detektorok pedig nagyon precíz mérésekkel figyelték meg a neutrínókat és antianyag társaikat, az antineutrínókat.
Több évnyi adat elemzése után a T2K-n a tudósok meg tudták mérni a delta-CP nevű paramétert, amely a neutrínó oszcillációjában bekövetkező CP-szimmetriatörést szabályozza, és megállapították az eltérést vagy a neutrínók arányának növelésének preferenciáját, ami végül a a CP megsértésének megerősítése a neutrínók és az antineutrínók oszcillációjában. A T2K csapat által talált eredmények szignifikánsak a 3 szigma vagy 99.7%-os megbízhatósági szint statisztikai szignifikanciája mellett. Mérföldkőnek számít, mivel a neutrínókkal kapcsolatos CP megsértésének megerősítése összefüggésben áll az anyag dominanciájával világegyetem. A nagyobb adatbázissal végzett további kísérletek azt fogják tesztelni, hogy ez a leptonikus CP-szimmetria-sértés nagyobb-e, mint a kvarkokban előforduló CP-sértés. Ha így van, akkor végre megkapjuk a választ a Miért a világegyetem az anyag domináns.
Bár a T2K kísérlet nem bizonyítja egyértelműen, hogy a CP szimmetria megsértése megtörtént, de mérföldkőnek számít abban az értelemben, hogy határozottan a megnövelt elektronneutronsebesség-előnyben részesíti, és közelebb visz bennünket a CP szimmetria-sértés előfordulásának bizonyításához, és végül a válaszoljon „miért a világegyetem az anyag domináns”.
***
Referenciák:
1. Tokiói Egyetem, 2020. „A T2K eredmények korlátozzák a Neutrino CP fázis lehetséges értékeit –……” Sajtóközlemény 16. április 2020-án. Elérhető online: http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Hozzáférés dátuma: 17. április 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Az anyag-antianyag szimmetriát sértő fázis megkötése a neutrínó oszcillációiban. Nature 580. kötet, 339–344. oldal (2020). Közzétéve: 15. április 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Az anyag-antianyag aszimmetria probléma. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
