Ipak, ova detekcija je veoma značajna i sigurno će uskoro ući u univerzitetske udžbenike fizike čestica.
“Rezultat je prekretnica u istoriji fizike čestica. Još od otkrića D-mezona prije više od 40 godina, fizičari sumnjaju da se kršenje CP-a događa i u ovom sistemu, ali tek sada, koristeći se punim uzorkom podataka prikupljenih u eksperimentu, LHCb kolaboracija je konačno bila u mogućnosti posmatrati učinak “, rekao je direktor CERN-a za istraživanje Eckhard Elsen u press-release CERN-a povodom ovog događaja.
Narušavanje CP-a, koje spominja Elsen, odnosi se na narušavanje simetrije čestica i njihovih parnjaka – antičestica. Skraćenica CP dolazi od „charge conjugation“, tj. konjugacija naboja, što se odnosi na operaciju koja opisuje pretvaranje čestica u antičestice i obratno i „parity“, koja se odnosi na postojanje simetrije talasne funkcije. Kada bi u našem svijetu postojala savršena simetrija čestica i antičestica, to bi značilo da postoji i jednaka količina materije i antimaterije.
Ipak, to nije slučaj – mi svjedočimo tome da postoji više materije nego antimaterije. Kršenje CP-a je bitna osobina našeg svemira, nužna da potakne procese koji su, nakon Velikog praska, utvrdili prevagu materije nad antimaterijom u današnjem svemiru. Zašto je svemir ispunjen materijom, a ne antimaterijom jedna je od najvećih zagonetki prirode.
Šta je to antimaterija?
Elektron, primjerice, ima svoju antičesticu pozitron, koja se od elektrona razlikuje po naboju – elektron ima negativan naboj, a pozitron ima pozitivan naboj. Ostala svojstva ovih čestica su ista – masa i određene kvantne odlike. Proton ima antiproton, a neutron antineutron. Također, i ostale čestice imaju svoje antičestice: kvarkovi imaju svoje antikvarkove. Dakle, mogli bismo zamisliti svijet antimaterije, koji je poput našeg, samo je obrnut. Bio bi to svijet fizike „s one stranu ogledala“.
Koliko puta smo u naučno-fantastičnim serijama vidjeli hipotetičko djelovanje antimaterije? Ako se čestica i odgovarajuća antičestica nađu i sudare se, one anihiliraju tj. ponište se. To bi se desilo pri sudaru elektrona i pozitrona. Suštnski, da postoji ravnoteža materije i antimaterije u kosmosu, i da su one u neprestanom kontaktu, stalno bi se dešavali sudari i raspadi i svijet bi bio vrlo nestabilno mjesto. Treba reći da anihilacija ne znači totalno uništenje - zakon o očuvanju mase i energije ne predviđa potpuno uništenje, nego pri anihilaciji nastaju nove čestice. Kada bi se sudarili elektron i pozitron, nastala bi dva fotona, ali anihilacija bi se očitovala kao jedan dio elektromagnetnog spektra i to kao gama-zračenje.
Prije otkrića pozitrona, materija je bila sve ono što zauzima prostor i ima masu. Međutim kada je 1931. Carl David Anderson u laboratoriji na Caltech-u otkrio pozitron u maglenoj komori, postalo je jasno da postoji još nešto što zauzima prostor i ima masu, a nije materija kakvu mi znamo - ona od koje je građen naš svijet. Zato su naučnici skovali jedan novi termin: antimaterija. Sam pojam "materija" naučnici su suzili na "obične" čestice - one koje grade nama poznat svijet.
Razumjeti zašto postoji disparitet između materije i antimaterije u kosmosu, znači razumjeti i zašto svijet nije nestao u zbrci nasumičnih anihilacija čestica i antičestica. Drugim, riječima to znači razumjeti zašto mi i naš svijet postojimo. Upravo se stoga CERN i niz drugih instituta u svijetu, zanimaju za odnos materije i antimaterije.
Što je „vidio“ CERN?
Jedan od eksperimenata na CERN, zvan LHCb tj. Large Hadron Colider beauty ili „lijepi“, detektovao je jedan neobičan raspad čestice D0 mezon. Mezoni su, inače, čestice koje se sastoje od jednog kvarka i jednog antikvarka.
Sami kvarkovi su tipovi subatomskih čestica određenih sličnih svojstava, a lakši kvarkovi, zvani „gornji“ i „donji“ kvark grade nama veoma važne čestice protone i neutrone, koji, opet grade atome, a atomi grade nama poznatu materiju. Samih kvarkova ima 6 tipova i imaju simpatična imena: osim gornjeg i donjeg, postoje još i vršni, dubinski, šarmantni (ili čarobni) i čudni kvark.
Posmatrani D0 mezon ima dvije verzije, od kojih se jedna sastoji od šarmatnog kvarka i anti-gornjeg kvarka, a druga od gornjeg kvarka i anti-šarmantnog kvarka. U LHCb su posmatrali kako se ove verzije mezona raspadaju na čestice zvane pioni i kaoni.
Kada bi, prema CP-modelu, postojala apsolutna ravnoteža čestica i antičestica, očekivali bismo da se D0 mezon i anti-D0 mezon raspadaju jednako, ali to nije slučaj: eksperiment je pokazao kako se ovi raspadi pomalo razlikuju, i to u koristi čestica, a ne antičestica. Statistički značaj ovog nalaza sa CERN je veoma visok i vjerodostojan te će naučnici zasigurno ići u smjeru proučavanja takvih raspada ne bi li otkrili još nešto.
Izmjerena razlika je mala da objasni ovoliku prevagu materije nad antimaterijom te treba tražiti i druge anomalije – izvore ovog fenomena. Ipak, premda mala, ovo je veliki korak u razumijevanju prirode kosmosa i porijekla materije.
