Varför finns vi? Detta är kanske den mest djupgående fråga som kan verka bortom elementarpartikelfysiken. Men vår nya experiment vid Large hadron Collider vid CERN har fört oss närmare svaret. För att förstå varför vi finns till, måste du först gå till 13,8 miljarder år sedan, vid tiden för Big Bang. Denna händelse är gjord lika med den mängd av ett ämne som vi består av, och antimateria.
Man tror att varje partikel har en partner av antimateria, som är nästan identiska, men har motsatt laddning. När en partikel och dess antipartikel möta, de utplånar — försvinner i en blixt av ljus.
Var är alla antimateria?
Varför universum vi kan se i sin helhet består av materia, det är en av de största mysterierna i modern fysik. Om det någonsin var en lika stor mängd antimateria, allt i Universum skulle utplånas. Och nu, en nyligen publicerad studie verkar ha hittat en ny källa av asymmetri mellan materia och antimateria.
Om antimateria var den första att tala Arthur Schuster 1896, och sedan 1928 Paul Dirac gav henne en teoretisk motivering, och 1932 Carl Anderson fann det i form av antielectrons, som kallas positroner. Positroner är född i naturliga radioaktiva processer, t ex sönderfallet av kalium-40. Detta innebär att den konventionella bananer (innehåller kalium) avger en positron var 75 minuter. Att han sedan förinta med elektroner i fråga, att producera ljus. Medicinska tillämpningar såsom PET-scanner också producera antimateria i en liknande process.
Den grundläggande byggstenar av materia består av atomer är elementarpartiklar — kvarkar och leptoner. Det finns sex typer av kvarkar: upp, ner, konstigt, betagen, sanna och vackra. På samma sätt finns det sex leptoner: elektron -, myon, Tau och tre neutriner. Det är också antimateria kopior av dessa tolv partiklar som bara skiljer sig åt i avgift.
Partiklar av antimateria, i princip bör vara en perfekt spegelbild av deras normala följeslagare. Men experiment visar att detta är inte alltid fallet. Ta till exempel de partiklar som kallas mesoner, som består av en kvark och en antikvark. Neutral mesoner har en fantastisk funktion: de kan spontant vända sig i sin anti-meson, och Vice versa. I denna process, quark blir en antikvark antikvark eller kesella blir till. Experiment har emellertid visat att det kan uppstå oftare i en riktning än i en annan, och som en följd fråga blir större över tid än antimateria.
Tredje gången gillt
Bland de partiklar som innehåller kvarkar, en sådan asymmetri var bara i märkliga och vackra kvarkar — och dessa upptäckter var oerhört viktigt. Den första observationen av asymmetri där konstiga partiklar i 1964 accepteras de teoretiker att förutsäga förekomsten av sex kvarkar — i en tid då det var känt att det är bara tre. Öppnandet av den vackra asymmetri av partiklar under 2001 var den slutgiltiga bekräftelsen av den mekanism som ledde till den bild av sex kvarkar. Både upptäckten förde Nobelpriset.
Och underlig och vacker kvarkar bär en negativ elektrisk laddning. Det enda positivt laddade quark, vilket i teorin bör kunna bilda partiklar som kan uppvisa den asymmetri av materia och antimateria är förtrollad. Teori tyder på att han gör, är dess effekt bör vara försumbara och svårt att hitta.
Men LHCb experiment vid Large hadron Collider, lhc var i stånd att följa denna asymmetri i partiklar som kallas D-mesoner, som består av charmade kvarkar. Detta har gjorts möjligt tack vare den oerhörda antal charmade partiklar som produceras i LHC. Resultatet visar att sannolikheten för att en statistisk fluktuation är 50 miljarder.
Om detta förhållande inte beror på samma mekanism som leder till den märkliga och vackra asymmetrier i kvarken, där finns ett utrymme för nya källor av asymmetri materia-antimateria, som kan lägga till totalt sådan asymmetri i Universum. Och detta är viktigt, eftersom det finns flera kända fall av asymmetri kan inte förklara varför Universum är så stor roll. Enkel att öppna med charmade kvarkar är inte tillräckligt för att fylla detta problem, men det är en viktig pusselbit i förståelsen av samspelet mellan grundläggande partiklar.
Följande steg
Denna möjlighet kommer att följas av ett växande antal teoretiska verk som hjälp vid tolkningen av resultatet. Men ännu viktigare, kommer det att identifiera ytterligare tester för att bättre förstå våra starten — en del av dessa tester som redan utförts.
Under det kommande decenniet uppgraderade LHCb experiment kommer att öka känsligheten för sådana mätningar. Det kommer att kompletteras med Belle II experiment i Japan, som bara börjar arbeta.
Antimateria är också grunden för flera andra experiment. Hela den där anti-atomer som produceras på Antiproton decelerator av CERN, och de ger ett antal experiment för att genomföra hög precision mätningar. AMS-2 experiment Ombord på den Internationella rymdstationen, är i sökning av antimateria av kosmiskt ursprung. Ett antal av de nuvarande och framtida experiment kommer att ägnas åt frågan om asymmetri av materia-antimateria bland neutriner.
Även om vi fortfarande inte fullt ut kan lösa mysteriet med den asymmetri av materia och antimateria, som är vår senaste upptäckt öppnade dörren för en tid av exakta mätningar som kan upptäcka ännu okända fenomen. Det finns all anledning att tro att en dag fysik kommer att kunna förklara varför vi är här.
Vet du varför? Om ni vet, berätta för oss i vår chatt i Telegram.