Новый след антиматерии

В эксперименте на Большом адронном коллайдере обнаружено новое проявление отличия вещества от антивещества.

24 апреля 2013 года коллаборация LHCb, работающая на одноимённой установке на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, отправила в журнал Physical Review статью о наблюдении нарушения СР-четности – симметрии между материей и антиматерией в распаде B⁰_s-мезона. Из множества известных на сегодняшний день частиц эта – лишь четвёртая, демонстрирующая подобное поведение.

Нарушением СP-симметрии (CP-нарушением) называют свойство законов физики быть неинвариантными относительно операции зеркального отражения (пространственной инверсии P) и одновременной замены всех частиц на античастицы (зарядового сопряжения C). Из трёх известных на сегодняшний день взаимодействий, играющих существенную роль в микромире (сильного, слабого, электромагнитного), причастным к CP-нарушению оказалось лишь слабое взаимодействие.

Нарушение CP-симметрии было открыто в 60-х годах прошлого века при изучении свойств нейтральных K-мезонов. 40 лет спустя сходное поведение продемонстрировал B⁰-мезон. И лишь совсем недавно в причастности к CP-нарушению был уличен и заряженный B⁺ мезон.

Считается, что на раннем этапе своего развития Вселенная состояла из одинакового количества вещества и антивещества, однако, в настоящее время антивещество в ней практически отсутствует. Казалось бы, именно нарушение CP-симметрии и могло бы быть ответственным за это. Но наблюдаемый в экспериментах уровень CP-нарушения оказывается слишком мал для подобного простого объяснения.Изучая едва уловимую разницу в свойствах частиц и античастиц, эксперименты, проводимые на БАК, пытаются пролить свет на причины доминирования вещества над антивеществом в современной Вселенной.

Коллаборация LHCb сравнивала относительные вероятности распадов античастицы B⁰_s→K⁺π⁻ и частицы B⁰_s→K⁻π⁺. Было установлено, что в силу асимметрии в поведении частиц и античастиц эти вероятности значительно отличались. Измеренное значение безразмерной величины A_CP, характеризующей степень нарушения СР-чётности, составило 0.27±0.04(стат.)±0.01(сист.). Следует отметить, что подозрения на наличие подобной асимметрии в распадах B⁰_s мезона высказывались и ранее, но только сейчас статистическая точность измерений достигла того уровня, когда можно с полной уверенностью говорить об открытии.