Në shumë herët univers, menjëherë pas Big Bengut, 'çështje' dhe 'antimmateria' ekzistonin të dyja në sasi të barabartë. Megjithatë, për arsye të panjohura deri më tani, 'çështje' dominon e tashmja univers. Studiuesit T2K kanë treguar kohët e fundit shfaqjen e një shkeljeje të mundshme të barazisë së ngarkesës në neutrino dhe lëkundjet përkatëse anti-neutrino. Ky është një hap përpara për të kuptuar pse çështje dominon univers.
Big Bengu (i cili ndodhi rreth 13.8 miliardë vjet më parë) dhe teori të tjera të lidhura të fizikës sugjerojnë se fillimi univers ishte rrezatimi 'dominant' dhe 'çështje' dhe 'antimateriesekzistonte në sasi të barabartë.
Por univers që ne e dimë se sot është 'materia' dominuese. Pse? Ky është një nga misteret më intriguese të univers. (1).
La univers që ne e dimë se sot filluan me sasi të barabarta 'materies' dhe 'antimmateries', të dyja u krijuan në çifte siç do të kërkonte ligji i natyrës dhe më pas u asgjësuan duke prodhuar vazhdimisht rrezatim të njohur si 'rrezatimi i sfondit kozmik'. Brenda rreth 100 mikro sekondave të Big Bengut, materia (grimcat) në njëfarë mënyre filloi t'i tejkalonte antigrimcat, të themi një në çdo miliard dhe brenda sekondave e gjithë antimateria u shkatërrua, duke lënë pas vetëm lëndën.
Cili është procesi apo mekanizmi që do të krijonte këtë lloj ndryshimi apo asimetrie midis lëndës dhe antimateries?
Në vitin 1967, fizikani teorik rus Andrei Sakharov parashtroi tre kushte të nevojshme që të ndodhte një çekuilibër (ose prodhimi i materies dhe antimateries me shpejtësi të ndryshme). univers. Kushti i parë i Saharovit është shkelja e numrit të barionit (një numër kuantik që mbetet i ruajtur në një ndërveprim). Kjo do të thotë se protonet u zbërthyen jashtëzakonisht ngadalë në grimca nënatomike më të lehta si një pion neutral dhe një pozitron. Në mënyrë të ngjashme, një antiproton u zbërthye në një pion dhe një elektron. Kushti i dytë është shkelja e simetrisë së konjugimit të ngarkesës, C, dhe simetrisë së konjugimit të ngarkesës-barazisë, CP e quajtur edhe shkelje e barazisë së ngarkesës. Kushti i tretë është që procesi që gjeneron barion-asimetri nuk duhet të jetë në ekuilibër termik për shkak të zgjerimit të shpejtë duke ulur shfaqjen e asgjësimit të çifteve.
Është kriteri i dytë i Saharovit për shkeljen e CP, i cili është një shembull i një lloj asimetrie midis grimcave dhe antigrimcave të tyre që përshkruan mënyrën se si ato kalben. Duke krahasuar mënyrën se si sillen grimcat dhe antigrimcat, dmth., mënyra se si ato lëvizin, ndërveprojnë dhe kalbet, shkencëtarët mund të gjejnë prova të asaj asimetrie. Shkelja e CP siguron një dëshmi se disa procese të panjohura fizike janë përgjegjëse për prodhimin diferencial të materies dhe antimateries.
Ndërveprimet elektromagnetike dhe 'ndërveprimet e forta' njihen si simetrike nën C dhe P, dhe për rrjedhojë ato janë gjithashtu simetrike nën produktin CP (3). "Megjithatë, ky nuk është domosdoshmërisht rasti për "ndërveprimin e dobët", i cili shkel simetrinë C dhe P" thotë Prof. BA Robson. Ai më tej thotë se "shkelja e CP në ndërveprime të dobëta nënkupton që procese të tilla fizike mund të çojnë në shkelje indirekte të numrit të barionit, kështu që krijimi i materies do të preferohej mbi krijimin e antimateries". Grimcat jo-kuark nuk tregojnë shkelje të CP ndërsa shkeljet e CP në kuarkë janë shumë të vogla dhe janë të parëndësishme për të patur një ndryshim në krijimin e materies dhe antimateries. Pra, shkelja e CP në lepton (neutrinot) bëhen të rëndësishme dhe nëse vërtetohet atëherë do të përgjigjet pse univers është materie dominuese.
Edhe pse shkelja e simetrisë CP ende nuk është vërtetuar përfundimisht (1), por gjetjet e raportuara nga ekipi T2K së fundmi tregojnë se shkencëtarët janë vërtet afër kësaj. Është demonstruar për herë të parë se kalimi nga grimca në elektron dhe neutrino favorizohet mbi kalimin nga antigrimca në elektron dhe antineutrino, përmes eksperimenteve shumë të sofistikuara në T2K (Tokai në Kamioka) (2). T2K i referohet një çifti laboratorësh, Kompleksi Kërkimor i Përshpejtuesit Japonez të Protonit (J-Parc) në Tokai dhe observatori nëntokësor i neutrinos Super-Kamiokande në Kamioka, Japonia, e ndarë me rreth 300 km. Përshpejtuesi i protonit në Tokai gjeneroi grimcat dhe antigrimcat nga përplasjet me energji të lartë dhe detektorët në Kamioka vëzhguan neutrinot dhe homologët e tyre antimateries, antineutrinot, duke bërë matje shumë të sakta.
Pas analizës së disa viteve të të dhënave në T2K, shkencëtarët ishin në gjendje të matin parametrin e quajtur delta-CP, i cili rregullon thyerjen e simetrisë CP në lëkundjen e neutrinës dhe gjetën mospërputhjen ose një preferencë për rritjen e shkallës së neutrinës, e cila përfundimisht mund të çojë në konfirmimi i shkeljes së CP në mënyrën se si neutrinot dhe antineutrinot luhateshin. Rezultatet e gjetura nga ekipi T2K janë të rëndësishme në rëndësinë statistikore të nivelit të besimit 3-sigma ose 99.7%. Është një arritje historike pasi konfirmimi i shkeljes së CP që përfshin neutrinot është i lidhur me dominimin e materies në univers. Eksperimente të mëtejshme me bazë të dhënash më të madhe do të testojnë nëse kjo shkelje e simetrisë CP leptonik është më e madhe se shkelja e CP në kuarkë. Nëse është kështu atëherë më në fund do të kemi përgjigjen e pyetjes Pse? univers është materie dominuese.
Megjithëse eksperimenti T2K nuk përcakton qartë se ka ndodhur shkelje e simetrisë CP, por është një moment historik në kuptimin që tregon përfundimisht një preferencë të fortë për shkallën e përmirësuar të neutroneve të elektroneve dhe na afron për të vërtetuar shfaqjen e shkeljes së simetrisë CP dhe përfundimisht në përgjigjuni 'pse univers është materie dominuese'.
***
Referencat:
1. Universiteti i Tokios, 2020. ''Rezultatet e T2K kufizojnë vlerat e mundshme të fazës së neutrinos CP -…..'' Njoftim për shtyp Publikuar më 16 prill 2020. Në dispozicion në internet në http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Arritur më 17 Prill 2020.
2. Bashkëpunimi T2K, 2020. Kufizimi në fazën e shkeljes së simetrisë së lëndës-antimmateries në lëkundjet e neutrinos. Vëllimi Natyra 580, faqe 339–344 (2020). Publikuar: 15 Prill 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Problemi i Asimetrisë Materie-Antimmateries. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
