Ny kilde til asymmetri mellem stof og antistof

LHCb-eksperimentet har fundet hints om, hvad der kunne være en ny brik i puslespillet til den manglende antistof i vores univers. De har fundet fristende beviser på et fænomen kaldet charge-parity (CP) krænkelse i partikler kendt som baryoner - en familie af partikler, hvis mest kendte medlemmer er protoner og neutroner, der udgør alt stof i universet.

Ideen om, at baryonerne lavet af stof opfører sig nøjagtigt som deres antistof-modstykker, er relateret til ideen om CP-symmetri. Enhver krænkelse af denne symmetri ville betyde, at fysikkens love ikke er de samme for stof og antistofpartikler.

Dette er vigtigt, fordi en detaljeret forståelse af, hvordan denne symmetri krænkes i naturen, kan bidrage til at forklare det overvældende overskud af stof i forhold til antistof, der observeres i vores univers, på trods af, at Big Bang skulle have skabt lige store mængder stof og antistof i første omgang.

Standardmodellen (SM) for partikelfysik forudsiger, at der også findes en lille mængde CP-overtrædelser i baryonsektoren. Selvom CP-overtrædende processer er blevet undersøgt i over 50 år, ingen signifikante effekter var set med baryoniske partikler. I øvrigt, CP-overtrædelse som beskrevet i SM er ikke stor nok til at tage højde for den meget større stof-antistof-ubalance. Derfor, andre CP-krænkelseskilder skal bidrage, og et af hovedmålene med LHCb er netop at søge efter nye kilder til CP-krænkelse.

Det nye LHCb-resultat er baseret på en analyse af data indsamlet i løbet af de første tre år af Large Hadron Collider (LHC) operationer. Blandt alle de mulige kortlivede partikler skabt som følge af en proton-proton kollision, samarbejdet sammenlignede adfærden af ​​Λb0-baryonen og dens antistof-modstykke, Λb ⁰ -bar, når de henfalder til en proton (eller antiproton) og tre ladede partikler kaldet pioner. Denne proces er yderst sjælden og er aldrig tidligere blevet observeret. Den høje produktionshastighed af disse baryoner ved LHC og LHCb-detektorens specialiserede egenskaber gjorde det muligt for samarbejdet at indsamle en ren prøve på omkring 6000 sådanne henfald.

LHCb-samarbejdet sammenlignede fordelingen af ​​de fire henfaldsprodukter af Λb ⁰ og Λb ⁰ -baryoner og beregnede specifikke mængder, der er følsomme over for CP-symmetrien. Enhver væsentlig forskel, eller asymmetri, mellem sådanne mængder for sagen og antistofsager ville være et udtryk for CP-krænkelse.

LHCb-dataene afslørede et betydeligt niveau af asymmetrier i de CP-overtrædelsesfølsomme mængder for Λb ⁰ og Λb ⁰ -bar baryon henfalder, med forskelle i nogle tilfælde helt op til 20 pct.

Samlet set, den statistiske signifikans – hvilket er hvordan fysikere henviser til sandsynligheden for, at dette resultat ikke er opstået tilfældigt – er på niveauet 3,3 standardafvigelser, og en opdagelse hævdes, når denne værdi når fem standardafvigelser. Disse resultater, offentliggjort i dag i Naturfysik , vil snart blive opdateret med det større datasæt, der hidtil er indsamlet under den anden kørsel af LHC. Hvis dette tidligere bevis for CP-overtrædelse ses igen med større betydning i den større prøve, resultatet vil være en vigtig milepæl i undersøgelsen af ​​CP-overtrædelse.