Prema svim jednadžbama fizike, svemir ne bi trebao postojati. Veliki prasak trebao je stvoriti jednake količine materije i antimaterije, koje bi se, susrevši se, potpuno poništile u čistu energiju. A ipak, ovdje smo — što znači da negdje u ranom svemiru postoji sitna, ali presudna asimetrija koju znanstvenici desetljećima pokušavaju objasniti.
Nova asimetrija otkrivena u srcu materije
LHCb eksperiment u CERN-u promatrao je značajne asimetrije između brzine raspada beauty bariona i njegove CP-konjugirane antičestice, čime je demonstrirano kršenje CP simetrije u raspadima bariona. Ovi barioni raspadaju se na specifične podatomske čestice neznatno češće — 5% češće — nego što se isti proces događa s antičesticama.
Zašto je pet posto ogromna brojka
Ovo je značajno jer su razlike u ponašanju materije i antimaterije sada uočene u skupini čestica koje dominiraju poznatom materijom svemira. Barioni — kategorija čestica koja uključuje protone i neutrone — čine gotovo svu vidljivu masu svemira. Prethodna opažanja CP kršenja bila su ograničena na rjeđe, egzotičnije čestice poput mezona; pronaći ovu asimetriju u barionima znači da smo je pronašli tamo gdje stvarno mora postojati da bi objasnila zašto postoji ijedna materija uopće.
Antimaterija konačno "na cesti"
Znanstvenici CERN-a uspješno su testirali prvi svjetski sustav za dostavu antimaterije, s ciljem da jednog dana opskrbljuju istraživačke laboratorije diljem Europe. CERN je uspješno transportirao antiprotone cestom koristeći prijenosnu kriogensku Penningovu zamku, omogućujući prijenos antimaterije u mirnije istraživačke objekte i potencijalno poboljšavajući preciznost mjerenja i do 1.000 puta. Ovo zvuči kao sitna logistička pojedinost, ali zapravo predstavlja tehnološki proboj — antimaterija se do sada gotovo isključivo proučavala na licu mjesta, unutar samog CERN-ovog kompleksa, jer je transport smatran preopasnim i tehnički nemogućim.
Temeljna zagonetka i dalje nerazjašnjena
Podrijetlo asimetrije materije i antimaterije u svemiru ostaje neriješena zagonetka koja zahtijeva fiziku izvan standardnog modela. Znanstvenici se i dalje pitaju zašto naš svemir sadrži mnogo više materije nego antimaterije, kad bi Veliki prasak trebao stvoriti jednaku količinu obje. Izmjerena razlika od pet posto u raspadima bariona, iako značajna, i dalje je premala da bi sama po sebi objasnila ukupnu asimetriju koju promatramo u svemiru — što znači da vjerojatno postoje dodatni, još neotkriveni mehanizmi.
Standardni model ima svoje granice
Standardni model fizike čestica, unatoč desetljećima uspješnih predviđanja, ne uspijeva u potpunosti objasniti veličinu asimetrije potrebnu da bi svemir izgledao ovakav kakav jest. To gura fizičare prema teorijama "izvan standardnog modela" — hipotetskim novim česticama ili silama koje bi mogle dodatno pojačati CP kršenje na način koji standardni model trenutno ne predviđa.
Zašto je ovo pitanje uopće važno izvan laboratorija
Odgovor na pitanje zašto postoji više materije nego antimaterije izravno je pitanje zašto uopće postoje zvijezde, planeti, i mi sami. Da su Veliki prasak i rani svemir bili savršeno simetrični, sva materija i antimaterija poništile bi se u čistu energiju, ostavljajući za sobom svemir bez ijedne zvijezde, planeta ili živog bića. Svaki mali korak prema razumijevanju te asimetrije jest korak prema razumijevanju zašto uopće postoji bilo što.
Sljedeći koraci u istraživanju
S novom sposobnošću transporta antimaterije i preciznijim mjerenjima CP kršenja u barionima, sljedeća faza istraživanja fokusirat će se na to mogu li se slični obrasci asimetrije pronaći u drugim, još neistraženim raspadima čestica — svaki novi izmjeren postotak razlike dodaje komadić u slagalicu koja bi jednog dana mogla objasniti temeljni razlog vlastitog postojanja svemira.
Fizika čestica rijetko nudi pitanja koja se izravno tiču toga zašto uopće postojimo. Ovo je jedno od njih — a odgovor, čini se, krije se u razlici od svega pet posto.
Izvori i dodatno čitanje
- New source of asymmetry between matter and antimatter — CERN
- In world first, antimatter taken on test drive at CERN — Phys.org
- A truck at CERN transported antimatter for the first time. Why it matters to science — CNN
- The Asymmetry of the Universe: First Observation of CP Violation in Baryons — CERN EP News
- Observation of charge–parity symmetry breaking in baryon decays — Nature
