Фізики з колаборації Великого адронного колайдера (LHCb) вперше виявили в CERN асиметрію речовини і антивіщення, відому як порушення парності заряду (СР), в розпадах мезону D0, субатомної частинки, що складається з зачарованого кварка і верхнього антикварку.
Термін CP відноситься до перетворення, яке змінює частинку з дзеркальним відображенням її античастинки.
Відомо, що слабкі взаємодії Стандартної моделі фізики частинок викликають відмінність у поведінці деяких частинок і їх СР-аналогів, асиметрію, відому як СР-порушення.
Ця асиметрія є одним з ключових компонентів, необхідних для пояснення того, чому сьогоднішній Всесвіт складається тільки з частинок матерії, в якій практично відсутня залишкова присутність антимовності.
Вперше це явище спостерігалося в 1964 році при розпадах частинок, званих нейтральними К-мезонами, які містять дивний кварк, а два фізики, які зробили відкриття, Джеймс Кронін і Вел Фітч, були удостоєні Нобелівської премії з фізики в 1980 році.
Таке відкриття стало великим сюрпризом у той час, оскільки спільнота фізиків елементарних частинок твердо вірила, що симетрія СР не може бути порушена.
На початку 1970-х Макото Кобаяші і Тошіхіде Маскава зрозуміли, що порушення СР може бути природним чином включено в Стандартну модель. Їх фундаментальна ідея була підтверджена в кінцевому підсумку три десятиліття потому відкриттям порушення CP в розпадах нейтральних B-мезонів, які містять нижній кварк, в результаті співпраці BaBar і Belle, що призвело до присудження Нобелівської премії 2008 року з фізики Кобаяші і Маскави.
"Було багато спроб виміряти асиметрію речовини та антивіщення, але досі ніхто не досяг успіху. Це віха в дослідженнях антиматерії ", - сказав професор Сіракузького університету Шелдон Стоун, член колаборації LHCb.
Щоб спостерігати асиметрію СР в мезоні D0, фізики використовували повний набір даних, наданий Великим адронним колайдером в експерименті LHCb між 2011 і 2018 роками, для пошуку розпадів мезону D0 і його античастинки, анти-D0, в будь-який з кайонів або піонів.
«Пошук цих двох продуктів розпаду в нашій безпрецедентній вибірці частинок D0 дав нам необхідну чутливість для вимірювання крихітної кількості порушення CP, очікуваного для таких розпадів», - сказала д-р Джованні Пассальова, представник LHCb Collaboration.
«Вимірювання ступеня порушення потім зводилося до підрахунку розпадів D0 і анти-D0 і прийняття різниці».
"Ми не бачимо антимовництва в нашому світі, тому нам доводиться його штучно виробляти. Дані цих зіткнень дозволяють нам картувати розпад і перетворення нестабільних частинок на більш стабільні побічні продукти ", - сказав доктор Сіракузького університету Іван Поляков, член Колаборації LHCb.
Результат має статистичну значимість 5,3 стандартних відхилення, перевищуючи поріг у 5 стандартних відхилень, що використовуються фізиками елементарних частинок, щоб заявити про відкриття. "Що робить це дослідження унікальним, так це те, що це перший випадок, коли хтось бачив, як частинки з зачарованими кварками були асиметричними. Це одна з книг з історії ", - сказав професор Шелдон Стоун.
Результат став важливою віхою в історії фізики елементарних частинок. З моменту відкриття D-мезону понад 40 років тому фізики елементарних частинок підозрювали, що порушення CP також відбувається в цій системі, але тільки зараз, по суті, використовуючи повну вибірку даних, зібрану в ході експерименту, LHCb Collaboration нарешті зміг спостерігати ефект.
Результати були представлені на цьому тижні на 54-й конференції Rencontres de Moriond, в презентації семінару CERN і в статті LHCb, яка буде опублікована в журналі Physical Review Letters.