LHCb -experimentet har hittat tips om vad som kan vara en ny bit av pusslet för det saknade antimaterialet i vårt universum. De har hittat spännande bevis på ett fenomen som kallas laddnings-paritet (CP) -brott i partiklar som kallas baryoner-en familj av partiklar vars mest kända medlemmar är protoner och neutroner som utgör all materia i universum.

Tanken att baryonerna av materia beter sig exakt som deras antimateria -motsvarigheter är relaterat till idén om CP -symmetri. Varje kränkning av denna symmetri skulle innebära att fysikens lagar inte är desamma för materia och antimateriepartiklar.

Detta är viktigt eftersom en detaljerad förståelse för hur denna symmetri kränks i naturen kan bidra till att förklara det överväldigande överflödet av materia över antimateria som observerats i vårt universum, trots att Big Bang i första hand borde ha skapat lika mycket materia och antimateria.

Standardmodellen (SM) för partikelfysik förutspår att en liten mängd CP -kränkningar finns även i baryonsektorn. Även om CP-kränkande processer har studerats i över 50 år, inga signifikanta effekter hade setts med baryoniska partiklar. Dessutom, CP-kränkning enligt beskrivningen i SM är inte tillräckligt stor för att stå för den mycket större obalansen mellan materia-antimateria. Därför, andra källor till CP -kränkningar måste bidra, och ett av huvudmålen för LHCb är just att söka efter nya källor till CP -kränkningar.

Det nya LHCb -resultatet är baserat på en analys av data som samlats in under de tre första åren av Large Hadron Collider (LHC) operationer. Bland alla möjliga kortlivade partiklar som skapas till följd av en proton-protonkollision, samarbetet jämförde beteendet hos Λb0 baryon och dess antimateria -motsvarighet, Λb ⁰ -bar, när de förfaller till en proton (eller antiproton) och tre laddade partiklar som kallas pioner. Denna process är extremt sällsynt och har aldrig tidigare observerats. Den höga produktionshastigheten för dessa baryoner vid LHC och LHCb -detektorns specialfunktioner möjliggjorde för samarbetet att samla ett rent prov på cirka 6000 sådana förfall.

LHCb -samarbetet jämförde distributionen av fourb:s fyra sönderfallsprodukter ⁰ och Λb ⁰ -bar baroner och beräknade specifika mängder som är känsliga för CP -symmetrin. Någon signifikant skillnad, eller asymmetri, mellan sådana mängder för ärendet och antimateriefall skulle vara en manifestation av CP -överträdelse.

LHCb-data avslöjade en signifikant nivå av asymmetrier i de CP-kränkningar som är känsliga för Λb ⁰ och Λb ⁰ -bar baryon förfaller, med skillnader i vissa fall så stora som 20 procent.

Övergripande, den statistiska signifikansen - som är hur fysiker hänvisar till sannolikheten för att detta resultat inte har inträffat av en slump - ligger på 3,3 standardavvikelser, och en upptäckt görs gällande när detta värde når fem standardavvikelser. Dessa resultat, publicerad idag i Naturfysik , kommer snart att uppdateras med den större datamängden som hittills har samlats in under den andra körningen av LHC. Om detta tidigare bevis för CP -kränkning ses igen med större betydelse i det större urvalet, resultatet kommer att bli en viktig milstolpe i studien av CP -kränkningar.