CP porušení v baryonech: objev v CERNu, který přibližuje odpověď na otázku, proč existuje hmota
Rubrika: Fyzika částic a kosmologie
CP porušení v baryonech: objev v CERNu, který přibližuje odpověď na otázku, proč existuje hmota
Fyzikové v CERNu poprvé experimentálně prokázali porušení CP symetrie u baryonů, tedy částic, z nichž je složena veškerá běžná hmota. Jde o výsledek, který se dotýká samotného základu existence vesmíru.
Co znamená CP symetrie
CP symetrie kombinuje dvě základní operace. První je záměna částice za antičástici, tedy změna elektrického náboje. Druhou je prostorová inverze, která odpovídá zrcadlovému převrácení soustavy.
Pokud by CP symetrie platila dokonale, chování hmoty a antihmoty by bylo po zrcadlovém převrácení naprosto totožné. Fyzika by nedávala žádnou přednost jedné formě před druhou.
Právě zde však narážíme na zásadní rozpor mezi teorií a realitou. Pozorovatelný vesmír je tvořen téměř výhradně hmotou, zatímco antihmota se vyskytuje jen ve stopových množstvích.
Problém hmoty a antihmoty po velkém třesku
Podle současných kosmologických modelů vznikly hmota a antihmota krátce po velkém třesku v téměř stejném množství. Pokud by byly jejich vlastnosti zcela symetrické, došlo by k jejich vzájemné anihilaci a vesmír by zůstal zaplněn pouze zářením.
To se však nestalo. I nepatrná převaha hmoty, zhruba jedna částice na miliardu, stačila k tomu, aby po anihilaci zůstal zbytek, ze kterého vznikly hvězdy, galaxie, planety a nakonec i život.
Vysvětlení této asymetrie patří mezi největší otevřené otázky moderní fyziky. Jednou z nutných podmínek je právě porušení CP symetrie.
Co se podařilo naměřit v CERNu
Experiment LHCb na Velkém hadronovém urychlovači analyzoval přibližně osmdesát tisíc rozpadů baryonu lambda-b a jeho antičástice. Tyto částice patří mezi baryony, tedy stavební kameny běžné hmoty.
Výsledky ukázaly, že způsob rozpadu baryonu a antibaryonu se liší. Rozdíl činí přibližně několik desetin procenta, což se může zdát zanedbatelné, ale z hlediska statistiky jde o mimořádně silný signál.
Pravděpodobnost, že by takový rozdíl vznikl náhodně, je zhruba jedna ku deseti milionům. To splňuje kritéria pro objev v částicové fyzice.
Proč je tento objev zásadní
Porušení CP symetrie bylo dosud experimentálně potvrzeno pouze u mezonů, tedy částic složených z kvarku a antikvarku. Tyto částice však netvoří stabilní hmotu vesmíru.
Baryony jsou jiná kategorie. Protony a neutrony, ze kterých se skládají atomová jádra, jsou baryony. Poprvé tedy pozorujeme CP asymetrii přímo v částicích, z nichž je složen náš svět.
Tento výsledek výrazně posiluje hypotézu, že mechanismy porušení symetrií ve Standardním modelu hrají skutečnou roli v kosmologickém vývoji vesmíru.
Limity Standardního modelu
Přesto je nutné zdůraznit jednu zásadní skutečnost. Míra CP porušení, kterou Standardní model předpovídá, stále nestačí k vysvětlení pozorované převahy hmoty ve vesmíru.
To znamená, že i tento průlomový objev není konečnou odpovědí. Spíše ukazuje správným směrem a naznačuje, kde hledat fyziku za hranicemi současných teorií.
Co to znamená pro naše chápání vesmíru
Tento objev připomíná, že existence vesmíru v dnešní podobě závisí na extrémně jemných nerovnováhách v zákonech fyziky.
Pokud by CP symetrie byla dokonalá, neexistovaly by galaxie, hvězdy ani pozorovatelé, kteří by se mohli ptát, proč vůbec něco existuje.
Ukazuje se, že samotná struktura reality je postavena na nepatrných porušeních symetrie, která se v raném vesmíru zesílila do kosmických rozměrů.
