Fig. 1. Sidovy av BESIII-detektorn. Kredit:IHEP
Beijing Spectrometer (BESIII) Collaboration har rapporterat en ny metod för att undersöka skillnader mellan materia och antimateria med extrem känslighet. Resultaten publicerades i Nature den 2 juni.
Inom partikelfysiken har varje slags partikel en motsvarande antipartikel. Standard Big Bang-teorin säger oss att universum borde ha haft samma mängd materia och antimateria i början. Men all tillgänglig data pekar på det faktum att det observerbara universum till övervägande del består av baryoner snarare än antibaryoner, vilket har förbryllat forskarsamhället i mer än ett halvt sekel. Följer materia och antimateria olika fysiklagar?
Nuförtiden tror fysiker att för att förklara det dynamiska ursprunget till baryon-antibaryonasymmetri måste fysikens lagar rymma processer som bryter mot laddningskonjugation och paritetssymmetri (CP). Kortfattat innebär CP-symmetri att partiklar och antipartiklar följer samma lagar. Till exempel bör sönderfallsmönstren för partiklar och antipartiklar vara desamma. För att förklara baryon-antibaryon-asymmetri måste CP-symmetri kränkas till en större mängd än vad som förutspåtts av den hittills oerhört framgångsrika standardmodellen för partikelfysik.
Forskare vid BESIII-samarbetet har utnyttjat konstiga baryoner för att belysa CP-kränkningar. De märkliga baryonerna består av tre kvarkar, precis som protoner, men innehåller en eller flera tyngre och instabila märkliga kvarkar. Genom att observera sönderfallet av den märkliga kvarken kan barjonens spinnorientering bestämmas.
Fig. 2. Konstnärlig tolkning av sönderfallskaskaden hos ett baryon-antibaryonpar. Om materia och antimateria följer samma lagar, bör sönderfallsmönstret för en baryon vara detsamma som en antibaryon, men med inverterade rumsliga koordinater. Kredit:IHEP
Vid BESIII skapas system av dubbelmärkta baryon-antibaryonpar i elektronförintelser med positroner. De nya resultaten visar att baryon-antibaryon-paren som produceras har en föredragen riktning.
Dessutom är rotationsriktningen för baryon och antibaryon korrelerade, på grund av kvantintrassling. Att studera vinkelfördelningar av sönderfallsprodukterna i sådana system möjliggör en separation av bidraget från CP-överträdande processer som beskrivs av värdet som inte är noll för den så kallade svaga fasen. Denna fas hade aldrig mätts direkt förrän detta resultat av BESIII som beskrivs i Nature artikel.
Även om inga tecken på CP-överträdelse observerades i det analyserade dataprovet, kan denna experimentella metod tillämpas på större datamängder som samlats in vid BESIII eller vid framtida anläggningar. Forskarna hoppades kunna observera en CP-överträdelsesignal av en storlek som antingen bekräftar eller utesluter standardmodellens förutsägelser.
BESIII-experimentet är värd för Institute of High Energy Physics vid den kinesiska vetenskapsakademin i Peking, Kina och initierades 2009. BESIII är ett internationellt samarbete som består av cirka 500 fysiker från 17 olika länder i Asien, Europa och Amerika . + Utforska vidare
