Velmi brzy vesmírkrátce po velkém třesku,záležitost“ a „antihmota“ existovaly ve stejném množství. Z dosud neznámých důvodů však „záležitost“ dominuje současnosti vesmír. Výzkumníci T2K nedávno prokázali výskyt možného narušení parity náboje v neutrinu a odpovídající antineutrinové oscilace. To je krok vpřed v pochopení proč záležitost dominuje vesmír.
Velký třesk (který nastal asi před 13.8 miliardami let) a další související fyzikální teorie naznačují, že rané vesmír byla radiace „dominantní“ a „záležitost'a'protihmota“ existoval ve stejném množství.
Avšak vesmír o které dnes víme, že je dominantní „hmota“. Proč? Toto je jedna z nejzajímavějších záhad vesmír. (1).
Projekt vesmír jak dnes víme, začalo se stejným množstvím „hmoty“ a „antihmoty“, obě byly vytvořeny v párech, jak to vyžaduje zákon přírody, a poté byly opakovaně zničeny produkcí záření známého jako „záření kosmického pozadí“. Během asi 100 mikrosekund od Velkého třesku hmota (částice) nějakým způsobem začala převyšovat antičástici řekněme o jednu z miliardy a během několika sekund byla veškerá antihmota zničena a zůstala po ní pouze hmota.
Jaký je proces nebo mechanismus, který by vytvořil tento druh rozdílu nebo asymetrie mezi hmotou a antihmotou?
V roce 1967 ruský teoretický fyzik Andrej Sacharov předpokládal tři podmínky nutné k tomu, aby nerovnováha (neboli produkce hmoty a antihmoty při různých rychlostech) nastala v vesmír. První Sacharovovou podmínkou je porušení baryonového čísla (kvantové číslo, které zůstává zachováno při interakci). Znamená to, že protony se extrémně pomalu rozpadaly na lehčí subatomární částice, jako je neutrální pion a pozitron. Podobně se antiproton rozpadl na pion a elektron. Druhou podmínkou je porušení symetrie nábojové konjugace, C, a symetrie nábojové konjugace-parity, CP také nazývané porušení Charge-Parity. Třetí podmínkou je, že proces, který generuje baryonovou asymetrii, nesmí být v tepelné rovnováze kvůli rychlé expanzi snižující výskyt párové anihilace.
Je to druhé Sacharovovo kritérium porušení CP, které je příkladem jakési asymetrie mezi částicemi a jejich antičásticemi, která popisuje způsob jejich rozpadu. Porovnáním toho, jak se částice a antičástice chovají, tj. jak se pohybují, interagují a rozpadají, mohou vědci najít důkazy o této asymetrii. Porušení CP poskytuje důkaz, že některé neznámé fyzikální procesy jsou zodpovědné za rozdílnou produkci hmoty a antihmoty.
Je známo, že elektromagnetické a „silné interakce“ jsou symetrické pod C a P, a proto jsou také symetrické pod součinem CP (3). ''To však nemusí být nutně případ 'slabé interakce', která porušuje symetrie C i P'' říká profesor BA Robson. Dále říká, že „narušení CP ve slabých interakcích znamená, že takové fyzikální procesy by mohly vést k nepřímému narušení baryonového čísla, takže tvorba hmoty by byla preferována před tvorbou antihmoty“. Nekvarkové částice nevykazují žádné narušení CP, zatímco porušení CP u kvarků je příliš malé a je nevýznamné na to, aby existoval rozdíl ve tvorbě hmoty a antihmoty. Takže porušení CP v leptonech (neutrina) se stanou důležitými a pokud se to prokáže, pak by odpovědělo, proč vesmír je hmota dominantní.
Narušení symetrie CP sice ještě nebylo přesvědčivě prokázáno (1), ale zjištění, která nedávno oznámil tým T2K, ukazují, že vědci jsou tomu opravdu blízko. Bylo poprvé prokázáno, že přechod z částice na elektron a neutrino je upřednostňován před přechodem z antičástice na elektron a antineutrino, a to prostřednictvím vysoce sofistikovaných experimentů na T2K (Tokai to Kamioka) (2). T2K odkazuje na dvojici laboratoří, japonský protonový akcelerátorový výzkumný komplex (J-Parc) v Tokai a podzemní neutrinová observatoř Super-Kamiokande v kamioka, Japonsko, od sebe vzdáleno asi 300 km. Protonový urychlovač na Tokai generoval částice a antičástice z vysokoenergetických srážek a detektory na Kamioce pozorovaly neutrina a jejich antihmotové protějšky, antineutrina, pomocí velmi přesných měření.
Po analýze několika let dat na T2K byli vědci schopni změřit parametr zvaný delta-CP, který řídí porušení symetrie CP při oscilaci neutrin, a zjistili nesoulad nebo preferenci pro zvýšení rychlosti neutrin, což může nakonec vést k potvrzení narušení CP ve způsobu, jakým neutrina a antineutrina oscilují. Výsledky zjištěné týmem T2K jsou významné při statistické významnosti 3-sigma nebo 99.7% hladině spolehlivosti. Je to milník, protože potvrzení porušení CP zahrnující neutrina je spojeno s dominancí hmoty v vesmír. Další experimenty s větší databází otestují, zda je toto narušení leptonické CP symetrie větší než narušení CP v kvarcích. Pokud tomu tak je, budeme mít konečně odpověď na otázku Proč vesmír je hmota dominantní.
Ačkoli experiment T2K jasně neprokazuje, že došlo k narušení symetrie CP, je to milník v tom smyslu, že nezvratně ukazuje silnou preferenci pro zvýšenou rychlost elektronových neutronů a přivádí nás blíže k prokázání výskytu porušení symetrie CP a nakonec k odpovědět 'proč vesmír je hmota dominantní“.
***
Reference:
1. Tokyo University, 2020. ''Výsledky T2K omezují možné hodnoty fáze CP neutrin -…..'' Tisková zpráva Zveřejněna 16. dubna 2020. Dostupné online na http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Zpřístupněno 17. dubna 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Omezení na fázi narušující symetrii hmoty a antihmoty v oscilacích neutrin. Příroda svazek 580, strany 339–344 (2020). Zveřejněno: 15. dubna 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Problém asymetrie hmoty a antihmoty. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
