Újabb jelek utalnak a CP-sértésre

Egy leállított kísérlet új eredményei újabb adalékkal szolgálhatnak az anyag antianyaggal szembeni dominanciájára.

Az, hogy univerzumunk anyagból áll elég kézenfekvő, a miért viszont már koránt sem mondható annak, ha az alapvető fizikával próbálunk választ adni. A részecskefizika jelenlegi legjobb elmélete, a Standard Modell szerint az ősrobbanáskor egyenlő mennyiségű anyag és antianyag jött létre. Azt is tudjuk, hogy az anyag és az antianyag találkozásukkor kioltják egymást és egy energia villanásban eltűnnek, vagyis az ősi egyenlőségnek egy élettelen, fotonokkal teli univerzumot kellett volna eredményezni. Az egyik lehetséges ok az észlelhető egyenlőtlenségre a töltéstükrözés /paritás sértés, röviden CP-sértés.

Ha a töltéstükrözést és a paritást megtartjuk, a természet a részecskéket és az ellentétes elektromos töltéssel és perdülettel rendelkező ellenpárjaikat egyformán kezelné. A standard modell lehetővé teszi a CP-sértést , ez azonban koránt sem elég az anyag kozmikus dominanciájának magyarázatához. Tavaly novemberben a világ legnagyobb részecskegyorsítójából, a Nagy Hadronütköztetőből táplálkozó LHCb kísérlet CP-sértés nyomait észlelte, ami meghaladta az elméleti fizikusok jóslatait. Most egy amerikai kísérlet, a CDF is valami hasonlóra bukkant, eredményeikről egy olaszországi konferencián számoltak be.

Akárcsak az LHCb, a CFD is a szubatomi mezonokat kutatja, amik különböző típusokban, más szóval ízekben jelennek meg, mindegyikük tartalmaz egy kvarkot és egy antikvarkot. Az egyik íz a D0-mezon egy charm, vagyis csábos-kvarkból és egy up, vagyis fel-antikvarkból áll. Antianyag testvére, a D0-bar egy csábos-antikvarkból és egy fel-kvarkból tevődik össze. A csábos-kvark a fel-kvark nehezebb rokona, ami a down, azaz a le-kvarkokkal együtt alkotja az atommag hagyományos protonjait és neutronjait. Hogy tovább fokozzuk a dolgokat, a le-kvark ugyanakkor nem egyszerűen egy fel-antikvark.

A D0-k és a D0-barok instabilak és más rövid életű részecskékbe, pionokba és kaonokba bomlanak. A Standard Modell szerint a D0-mezonok és D0-barok ezeket alapvetően egyenlő arányban állítják elő, a CDF azonban megerősítette, hogy ez nem így van.

A kísérlet nem rendelkezik új adatokkal, mivel forrását a Fermilab Chicago mellett elhelyezkedő Tevatron részecskegyorsítóját tavaly szeptemberben leállították, a tudósok azonban jelenleg is bőszen dolgoznak a még kielemezetlen ütközések milliárdjain, eljutva a D0-mezonokhoz. Az észlelt D0/D0-bar egyenlőtlenség véletlen kialakulásának esélye 0,5 százalék, ami elmarad az LHCb 0,05 százalékos eredményétől, ami 3,5 szigmás statisztikai bizonyosságot jelent, míg a részecskefizikai felfedezéssé minősítéshez 5 szigma szükséges. Mindenesetre némi hitelt biztosít annak, hogy valóban CP -sértés rejtőzik a háttérben.

Mindazonáltal kiderülhet, hogy az eredmények nem mondanak ellent a Standard Modellnek, az erős kölcsönhatás működésével kapcsolatos elméleti okokból, ugyanis meglehetősen bonyolult a különböző D-mezonok várható számának a kikalkulálása. Amíg az LHCb el nem hintette a lehetőséget, senki sem várta hogy CP-sértést fedezzenek fel a charm kvarkoknál, így az elméleti tudósok is csak mostanában vetették rá magukat a témára, vagyis idő kell, hogy biztos következtetést vonhassanak le.

A kísérletezők azonban nem ülnek tétlenül. A LHCb és más kísérletek kutatói is a CP-sértés nyomait keresik, amivel átléphetnék a Standard Modell korlátait. A fizikusok tudják, hogy ez az elmélet önmagában nem foghatja át a teljes részecskefizikát, máskülönben nem lennénk itt és nem törnénk a fejünket az anyag-antianyag talányon.