Vědci v CERNu objevili zásadní střípek do skládačky našeho vesmíru

Vědci v CERNu objevili zásadní střípek do skládačky našeho vesmíru

Zdroj obrázku: Photo by geralt on Pixabay

Den a noc, pozitivní a negativní, věda a víra. Vesmír je plný dualit, které proti sobě stojí nejen jako protiklady, ale také se vzájemně doplňují. A tak je tomu od samého počátku vesmíru. Když došlo k velkému třesku, zrodila se hmota silou násilí a výbuchů. Vznikla však také první dualita: asymetrie.


Ke každé částici hmoty (elektronům, kvarkům) tak existuje její „zlé“ dvojče (antielektrony, antikvarky). A když se setkají, bum: anihilují v objetí čisté energie.

Problém, se kterým se vědci potýkají, spočívá v tom, že při velkém třesku mělo vzniknout stejné množství obou, ale dnes je vesmír tvořen téměř výhradně hmotou. Kam unikla antihmota? To je ta velká asymetrie. Je to, jako by si vesmír při velkém třesku hodil nabitou kostkou a řekl: „Hmota: 1, antihmota: 0…“. Proč? Protože. Nová studie to nyní možná potvrdila.

Protiklady se přitahují

Představte si nově zrozený vesmír: vývar z částic a antičástic, které musí být zcela anihilovány a zůstane jen energie. Ale my jsme tady, tvořeni zbytky hmoty. Jak? Odpověď se skrývá v kvantové „malé přízni“ a spodních kvarcích („těžké váhy“ subatomárního světa).

Související článek

Neopěvovaný hrdina oceánu: Tento drobeček pomáhá chladit celou planetu
Neopěvovaný hrdina oceánu: Tento drobeček pomáhá chladit celou planetu

Drobný, málo známý živočich, který se často prodává jako potrava pro akvária, v tichosti chrání naši planetu před globálním oteplováním tím, že podniká epickou migraci.

Fyzikální zákony předpovídají dokonalou symetrii mezi hmotou a antihmotou, ale viditelný vesmír je z 99,999 % tvořen hmotou. Něco porušilo rovnováhu. V roce 1967 fyzik Andrej Sacharov navrhl, že pokud se některé částice rozpadají trochu jinak než jejich antičástice, mohlo by toto malé porušení symetrie vysvětlit přebytek hmoty.

Vědci si posvítili na antičástice

Právě s tím přichází nová studie. Článek analyzuje spodní kvarky a jejich antičástice, hledá rozdíly v jejich chování a výsledky ukázaly, že se tyto kvarky rozpadají mírně odlišně od svých antikvarků.

Tato mini preference hmoty (asymetrie ~0,001 %) by mohla být zárodkem trochy hmoty, která zbyla po anihilaci téměř všeho. Studie, kterou vedl Xuenting Yang, analyzovala miliony srážek v experimentu Large Hadron Collider beauty (LHCb), aby změřila, jak se spodní kvarky a jejich antikvarky rozpadají.

Za tímto účelem byly protony sráženy při energii 13 TeV (jako by se znovu vytvořil vesmír jednu miliardtinu sekundy po velkém třesku). Poté byly miliardy srážek (ano, miliardy: 10¹²) odfiltrovány, aby se izolovaly kvarky, částice, které žijí jen 1,5 pikosekundy.

Asymetrické kvarky

Poté s přesností 0,0001 % změřili, jak jejich rozpady generují miony a antimiony. V době pomíjivých zpráv a roztříštěné pozornosti je překvapivé, že toho všeho bylo dosaženo za 20 let sběru dat a podílelo se na tom přibližně 3 000 vědců z 50 zemí.

Výsledky ukázaly, že tyto kvarky mají tendenci se přeměňovat na určité částice (například miony) o 0,1 % méně než jejich antičástice. Zní to jako málo, ale při velkém třesku mohl tento nepatrný rozdíl stačit k tomu, aby na každou miliardu anihilací přežila 1 částice hmoty – jako by v kasinu kvantové fyziky vždy o vlásek zvítězila hmota.

Spodní kvarky však nejsou jedinými „podvodníky“. Podivné a půvabné kvarky také porušují symetrii, ale příliš málo na to, aby vysvětlily vesmír. Máme také elektrony a neutrina, i když u nich asymetrie téměř neexistuje.

Význam objevu

Spodní kvarky jsou tedy pro studium ideální, protože jsou těžké a rozpadají se rozmanitějšími způsoby, což znamená, že je k dispozici více dat k pátrání po rozdílech.

Proč je to důležité? Bez této asymetrie by byl vesmír jen zářením. Nebyly by žádné hvězdy, žádné planety, žádná biologie. Nová studie tedy ukazuje, že náš vesmír není symetrický, a to je dobře: jeho „nedokonalost“ nám umožňuje existovat. Jsme pozůstatkem kvantové bitvy, která se odehrála před 13,8 miliardami let.

Tyto výpočty mají jen jeden problém. Standardní model předpovídá asymetrii 0,002 %, ale skutečná hodnota je 50krát menší. Existuje několik možných vysvětlení. Jedním z nich je, že by na rozpad mohly mít vliv neznámé částice (například leptokvarky nebo další rozměry).

Comment
byu/sciencealert from discussion
inscience

Dalším je, že ve standardním modelu je chyba: možná teorie podceňuje způsob interakce kvarků s Higgsovým polem. A konečně je také možné, že vidíme jen část kvantového vesmíru a děláme unáhlené závěry.

Co nás čeká dál?

Budoucnost vědců spočívá v tom, že v příštím roce modernizují LHCb, aby zdvojnásobili přesnost měření, a přidají nové urychlovače, jako je Future Circular Collider (FCC), který bude hledat částice předpovězené touto anomálií.

Objev má navíc důsledky i mimo částicovou fyziku. Mohl by ovlivnit naše chápání kosmologie a vývoje vesmíru. Pokud by například byly objeveny nové částice nebo síly, mohlo by to pomoci vysvětlit další vesmírné záhady, jako je temná hmota a temná energie, které tvoří většinu vesmíru, ale kterým zatím plně nerozumíme.

Hledání odpovědí na tyto základní otázky je nejen snahou o pochopení našeho původu, ale také o předpověď budoucnosti vesmíru. S rozvojem pokročilejších technologií a prováděním přesnějších experimentů se můžeme stále více přibližovat k odhalení nejhlubších tajemství vesmíru.

Zdroje článku

nature.com, nytimes.com
#