Astronomická společnost Chomutov
další články 
+ 
kosmologie
přidáno 06.11.2021
Mechanismus narušení symetrie
Některé fyzikální procesy nezachází s hmotou a antihmotou stejně. Je to vidět i na rozpadu těžkých D-mezonů. Nález je jen dalším kouskem skládačky k hádance, proč ve vesmíru převažuje hmota nad antihmotou.
Ať galaxie, hvězdy, komety nebo planety, stejně jako naše Země - vše je tvořeno hmotou. Ve vesmíru není téměř žádná antihmota. Podle dnešní představy byly obě složky vytvořeny rovným dílem při velkém třesku před 13,8 miliardami let. Proč se hmota a antihmota vzájemně okamžitě úplně nezničily, jak tomu bývá vždy, když se částice srazí s antičásticemi, bylo dlouho záhadou. Dnes se věří, že mechanismus narušení symetrie je důvodem, že alespoň část hmoty "přežila". Fyzici v evropském výzkumném centru Cern u Ženevy nyní také mohli ve velkém experimentu potvrdit, že tento efekt zjevně primárně ovlivňují elementární částice složené z kvarku a antikvarku.
Dlouhou dobu se fyzici domnívali, že známé přírodní zákony zacházejí s hmotou a antihmotou naprosto rovnocenně. Zejména fyzikální procesy by se neměly měnit, pokud jsou pozorovány zrcadlově (parita P) a dochází k výměně náboje (C), tj. všechny částice jsou nahrazeny svými antičásticemi. První pochybnosti se ale objevily už před více než půlstoletím. Ty se potvrdily, když pozdější nositelé Nobelovy ceny James Cronin a Val Fitch v Brookhaven National Laboratory objevili nepravidelnost v rozpadu uměle generovaných K-mezonů, které jsou složeny z kvarků a antikvarků.
Výsledek měření se u částic a antičástic lišil, navrch měla hmota. Teprve později se objasnil důvod: slabá interakce, která hraje ústřední roli při rozpadu částic složených z kvarků a antikvarků, jako jsou K-mezony, dělá rozdíl mezi hmotou a antihmotou. Porušuje symetrii CP všude tam, kde se vyskytuje směs kvarků a antikvarků. (C pro anglicky charge , elektrický náboj; P pro parity, shoda)
Ovšem pozorovaný efekt u K-mezonů byl příliš malý, aby se mohla vysvětlit dominance hmoty ve vesmíru. Naděje vzklíčila, když fyzici dokázali ve středisku výzkumu SLAC ve Standfordu počátkem 2000, že také B-mezony porušují CP pravidlo. B-mezony jsou podobně stavěné jako K-mezony, dostanou ovšem místo Strange-kvarku mnohem těžší Bottom-kvark. Proto by mělo být CP porušení více zjevné. Rozpad B-mezonů produkovalo skutečně větší nadbytek hmoty. Ale i to bylo málo k úplnému vysvětlení dominance hmoty v celém vesmíru
A tak částicoví fyzici pokračovali v hledání. Zejména neutrální D-mezony byly pozorovány od jejich objevu před 40 lety. Dosud nebyly nalezeny žádné známky anomálie v rozpadu částic sestávajících z "půvabného" a anti-up kvarku. Do března 2019. Tehdy fyzici experimentem LHCb v Cernu oznámili, že ve svých datech našli jasný důkaz, že pravidlo symetrie je ignorováno, také při rozpadu nenabitých D0-mezonů.
CP asymetrie hmoty a antihmoty, symbolizovaná zrcadlem: Při rozpadu D-mezonů dochází k určitým formám rozpadu častěji než při rozpadu anti-D mezonů. I zde má hmota navrch.
V posledních letech, kdy se protony srazily ve Velkém hadronovém urychlovači, byly D0-mezony a jejich protějšky vyrobeny ve velkém množství. Částice s krátkou životností se rychle rozpadly na jiné částice. Počítání výsledných produktů ukázalo, že anti-D mezony se rozpadly rychleji než jejich hmotné protějšky. D-mezony se ukázaly být stabilnější. Výzkumníci z Cernu to berou jako další náznak toho, že procesy narušující symetrii hrály v raném vesmíru ústřední roli a zajistily, že nebyla zničena veškerá hmota.
I zde je však naměřený efekt příliš malý na to, aby plně vysvětlil převahu hmoty ve vesmíru. Podle názoru výzkumníků je zapotřebí daleko větší narušení symetrie CP, než bylo dosud pozorováno. Je docela dobře představitelné, že příroda našla jiné, dříve neznámé způsoby, jak rovnováhu narušit. Fyzici vkládají velké naděje do japonského urychlovače částic „SuperKEKB“ v Tsukubě, který byl značně modernizován a 2019 zahájil provoz. V případě srážek částic by B-mezony měly být generovány v mnohem větším počtu, než tomu bylo dříve. S více daty se očekává větší šance, že se nakonec podaří vyřešit celou záhadu nerovnováhy hmoty a antihmoty.
01.04. 2019
Manfred Lindinger