Evrenin, antimadde tarafından bir yok oluşla karşılaşmaktan nasıl kurtulduğunu anlamaya bir adım daha yaklaştık. CERN'deki bilim insanları, fiziğin maddeyi ve antimaddeyi ele alış biçiminde temel bir farka işaret eden heyecan verici ipuçları keşfetti.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (LHC) deneyler, bir baryon olarak bilinen parçacığın madde ve antimadde formları arasındaki asimetriyi doğruladı.
Bu etki, yani yük-parite (CP) ihlali, daha önce yalnızca başka bir parçacık sınıfı olan mezonlarda tespit edilmişti. Ancak evrenin madde çoğunluğunu oluşturan baryonlardaki deneysel kanıtlar, fizikçilerin uzun süredir aradığı bir gelişmeydi.
Araştırmanın ilk yazarı CERN fizikçisi Xueting Yang, "Bu, madde ve antimadde arasındaki ince farkların daha geniş bir parçacık yelpazesinde var olduğunu gösteriyor ve temel fizik yasalarının baryonlar ile antibaryonları farklı şekilde ele aldığını belirtiyor." dedi.
Yang, "Evrendeki madde-antimadde asimetrisi baryonlardaki CP ihlalini gerektiriyor, bu nedenle bu keşif mevcut teorimizin ne kadar eksiksiz olduğunu test etmede ve yeni fiziğin daha önce yeterince bakmadığımız yerlerde saklanıp saklanmadığını keşfetmede kilit bir adımdır." diye ekledi.
Ekip, bu keşfi yapmak için 2011 ile 2018 yılları arasında LHC'de toplanan verilerdeki yaklaşık 80.000 parçacık bozunma olayını analiz etti. Lambda-güzellik (Λb) baryonları ve onların antimadde karşılıklarına odaklanan araştırmacılar, bozunma biçimlerinde herhangi bir fark olup olmadığını inceledi.
Eğer CP simetrik olsaydı, parçacığın hem madde hem de antimadde formları aynı - yansıtılmış - ürünlere bozunmalıydı.
Ancak ekip, madde ve antimadde baryon bozunmaları arasında yüzde 2,5'lik bir göreceli fark buldu.
Yang, "Bu küçük görünebilir, ancak sonuçlar yeterince istatistiksel olarak anlamlı. Bu, Λb ve anti-Λb'nin tam olarak aynı şekilde bozunmadığını, baryonlarda CP ihlalinin gözlemlendiğini gösteriyor." ifadelerini kullandı.
Önemli olan, bulgunun 5,2 sigma'lık istatistiksel anlamlılığa ulaşmasıdır. Bu, gözlemlenen etkinin rastgele dalgalanmalardan kaynaklanma olasılığının 10 milyonda sadece 1 olduğu anlamına gelir.
Bu keşfin, "neden buradayız?" gibi en temel sorular da dahil olmak üzere fizik üzerinde büyük etkileri var.
Antimadde, ürkütücü ismine rağmen sıradan olmalı. Normal maddeden temel farkı zıt yüke sahip olmasıdır. Ancak bu küçük görünen detay, ikisi bir araya geldiğinde, onları enerji patlamasıyla yok edecekleri anlamına gelir.
Teorik olarak Büyük Patlama, birini diğerine tercih etmemeliydi ve her ikisini de eşit miktarda yaratmalıydı. Eğer durum böyle olsaydı, evrenin tüm içeriği varoluşun ilk anlarında kendini yok etmeli, kozmosu derinlemesine boş bir yer olarak bırakmalıydı.
Açıkça böyle bir şey gerçekleşmediği için, antimaddedan biraz daha fazla madde oluşturulmasını sağlayan bilinmeyen bir faktörün araya girdiği anlaşılıyor. Bugün var olan her şey - galaksilerden kum tanelerine kadar - erken yok oluştan kurtulan o küçük kısmından yapılmıştır.
Basit bir evrende, bir parçacığın hem yükünü hem de uzaysal koordinatlarını tersine çevirmek - temelde madde mi yoksa antimadde mi olduğu - fiziğin yasaları altında nasıl davrandığını değiştirmemelidir.
Bu kavrama CP simetrisi denir ve bir zamanlar enerji korunumu kadar değişmez kabul edilmiş olsa da, 20. yüzyılın ortalarından beri fizik Standart Modeli tarafından bir miktar CP ihlali öngörülmüştür.
Yang, "CP ihlali, madde-antimadde asimetrisini açıklamak için gereken temel unsurlardan biridir. Ancak fizikçiler, doğadaki CP ihlali miktarının parçacık fiziği Standart Modeli'nin öngördüğünden çok daha büyük olması gerektiğini tahmin ediyor." dedi.
Yang, "Bu, Standart Model'in ötesinde yeni fiziğin var olması gerektiğini güçlü bir şekilde düşündürüyor ve ek CP ihlali kaynakları sağlıyor. Farklı sistemlerde, baryonlar dahil CP ihlalini incelemek, Standart Model'i test etmenin önemli bir yoludur ve ötesindeki yeni fizik ipuçları sunabilir." diye ekledi.
Örneğin, antimaddenin yerçekimi tarafından çekilmek yerine itilebileceği - yani yukarı doğru düşeceği - bir ihtimal vardı. Bu fikri test etmek için CERN fizikçileri daha önce 'düşme' testleri yapmış ve antimaddenin normal madde gibi aşağı doğru düştüğünü bulmuşlardı. Bu açıdan bakıldığında, CP ihlali yoktu.
Ancak yeni tespit, bir şeyin madde ve antimaddenin farklı şekillerde bozunmasına neden olduğunu ortaya koyuyor. Bu uzun zamandır beklenen onay heyecan verici - ama hala yeterli değil.
Yang, "Baryon bozunmalarında gözlemlenen CP ihlali - yeni LHCb sonucundaki gibi - Standart Model tahminleriyle tutarlı, bu nedenle madde-antimadde bilmecesini tek başına çözmek için yeterli CP ihlalini sağlamıyor. Ancak, büyük ölçüde keşfedilmemiş olan baryon sektöründe CP ihlalinin nasıl davrandığına dair yeni bir pencere açıyor." dedi.
Yang, "Fizikçiler, parçacık fiziği Standart Modeli'nin öngördüğü şeyin ötesinde, yeni CP ihlali kaynakları arıyor. Bu tür kaynakları keşfetmek yeni fiziğe yol açabilir." diye ekledi.
Araştırma Nature dergisinde yayınlandı.
