Физики коллаборации LHCb впервые экспериментально обнаружили нарушение CP-закона при распаде барионов.
Космологические модели предсказывают равное количество материи и антиматерии после Большого взрыва, которые должны были уничтожить друг друга, оставив только излучение. Однако мы наблюдаем Вселенную, состоящую почти исключительно из материи. Это явление известно как барионная асимметрия. Физики ищут механизмы нарушения симметрии CP для её объяснения — принципа, согласно которому поведение частиц и античастиц должно быть зеркально-симметричным с учётом их электрических зарядов.
CP-нарушение достоверно зафиксировано в распадах мезонов — частиц из кварка и антикварка. Но до сих пор не было убедительных доказательств того, что аналогичное поведение проявляют и барионы. Новый результат подтверждает, что это действительно так.
Команда проанализировала девять лет данных с детектора LHCb на Большом адронном коллайдере. Было исследовано почти триллион распадов лямбда-барионов и их античастиц. В этих событиях лямбда-барион Λb0 распадается на протоны, каоны и пионы. Если CP-симметрия сохраняется, то вероятность такого распада у частицы и античастицы должна быть одинаковой. Однако исследователи обнаружили устойчивое, статистически значимое отличие — около 2,5% — между поведением частицы и античастицы. Уровень статистической достоверности достиг 5,8 сигма, что превышает общепринятый порог открытия.
Наблюдение не устраняет проблему барионной асимметрии, но указывает: барионы способны нарушать CP-симметрию. Следовательно, они могут иметь существенное значение для истории, которая привела к образованию материи и в конечном итоге — жизни.
«Это небольшой кусочек большой головоломки, — заметил физик-теоретик Шон Кэрролл, не принимавший участия в исследовании. — Но каждый кусочек важен. Это редкое и важное наблюдение явления, которое ранее никто не видел».
Руководитель исследования Сюйэтин Ян подчеркивает: «Это лишь начало. Для объяснения причин преобладания материи в нашей Вселенной требуются дополнительные источники нарушения CP, лежащие за пределами Стандартной модели». Учёные будут искать подобные эффекты в новых экспериментах с помощью LHCb и других детекторов.