Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısında çalışan fizikçiler, evrenin en büyük gizemlerinden birini çözmeye yardımcı olabilecek, antimadde hakkında bir ilk niteliğinde keşif yaptı.
Bu keşif, proton ve nötronların kısa ömürlü bir kuzeni olan "güzellik-lambda baryonu" adı verilen bir parçacığın, kendi antimadde karşılığından farklı bir oranda bozunduğunu ortaya koydu.
Yük-parite (CP) ihlali olarak adlandırılan bu etki, madde ve antimadde gibi zıt yüklü parçacıkların farklı davranmasını ifade eder. Bu durum, erken evrende maddenin neden antimaddeye üstün geldiğine dair hayati bir açıklamadır; CP ihlali olmasaydı, evren boş bir hiçlik olurdu.
Varlığımızın temel nedenlerinden biri olmasına rağmen, parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tahmin edilen CP ihlali miktarı, evrenimizdeki madde bolluğunu açıklamak için fazlasıyla küçüktür.
Dahası, bu ihlal daha önce yalnızca "mezon" adı verilen, bir kuark ve bir antikuark çiftinden oluşan parçacıklarda tespit edilmişti. Evrenin görünür maddesinin çoğunu oluşturan proton ve nötronlar gibi üç kuarklı parçacıklar olan "baryon"larda gözlemlenmemişti.
Yapılan bu ilk gözlem, durumu değiştirdi ve potansiyel olarak Standart Modelin ötesindeki fiziği aramak için yeni bir kapı araladı. Araştırmacılar, bu çığır açan bulguları yakın zamanda düzenlenen bir konferansta sundu ve hakem değerlendirmesinden geçmemiş ön çalışmayı bilim camiasıyla paylaştı.
Araştırmacılardan biri, baryonlarda CP ihlalini gözlemlemenin mezonlara göre daha uzun sürmesinin nedeninin, etkinin boyutu ve mevcut veri miktarı olduğunu belirtti. Madde-antimadde asimetrisini bu parçacık sınıfında ilk kez görebilmek için 80.000'den fazla baryon bozunmasının incelenmesi gerektiğini ekledi.
Kozmolojinin Standart Modeline göre, Büyük Patlama'nın ardından genç evren, çarpıştıkça birbirini yok eden madde ve antimadde parçacıklarından oluşan kaynayan bir plazma çorbasıydı.
Teori, bu plazma çorbasındaki madde ve antimaddenin tamamen birbirini yok etmesi gerektiğini öngörür. Ancak bilim insanları, zayıf nükleer kuvveti içeren bozunmalardaki CP ihlali gibi bilinmeyen bir dengesizliğin, antimaddeden daha fazla madde üretilmesine ve böylece kendi kendini yok etmeden kurtulmasına olanak sağladığına inanıyor.
Baryonlarda CP ihlalini aramak için, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısındaki araştırmacılar, 2009 ve 2018 yılları arasında gerçekleşen sayısız parçacık etkileşimine ait verileri titizlikle incelediler.
Güzellik-lambda baryonunun bozunmalarını, bozunma ürünlerinin (bir proton, bir kaon ve zıt yüklü iki pion) bıraktığı karakteristik izleri arayarak ve bununla birlikte ilgili antimadde karşılığının bozunmalarını sayarak derlediler.
Analizleri, güzellik-lambda baryonlarının ve anti-güzellik-lambda baryonlarının bozunma sayıları arasındaki farkın, yaklaşık %0.47'lik bir belirsizlikle sıfırdan %2.45 oranında farklılık gösterdiğini ortaya koydu. Bu, 5.2 sigma istatistiksel anlamlılık düzeyinde ölçüldü; bu da fizikçilerin yeni bir keşif ilan etmek için kullandığı "altın standart" olan beş-sigma sonucunu geçti.
Keşif doğrulandıktan sonra fizikçiler, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı yeniden çalışmaya başladığında (gelecekteki bir tarihte), daha fazla CP ihlali arayacaklarını ve evrenimizin var olmasına muhtemelen olanak sağlayan ana mekanizma hakkında ek veri toplayacaklarını söylüyor.
Bir araştırmacı, CP ihlallerini ne kadar çok sistemde gözlemlersek ve ölçümler ne kadar hassas olursa, Standart Modeli test etmek ve onun ötesindeki fiziği aramak için o kadar çok fırsatımız olacağını ifade etti. Bir baryon bozunmasında şimdiye kadar yapılan ilk CP ihlali gözleminin, CP ihlalinin doğasına ilişkin gelecekteki teorik ve deneysel araştırmaların önünü açtığını ve potansiyel olarak Standart Modelin ötesindeki fizik için yeni kısıtlamalar sunabileceğini ekledi.
