Ինչու՞ «Մատյանը» գերիշխում է տիեզերքում և ոչ թե «հականյութը»: Որոնում, թե ինչու է տիեզերքը գոյություն ունի

Շատ վաղ շրջանում տիեզերքՄեծ պայթյունից անմիջապես հետո, «բանև «հականյութը» երկուսն էլ գոյություն ունեին հավասար քանակությամբ։ Սակայն մինչ այժմ անհայտ պատճառներով «բանտիրում է ներկան տիեզերք. T2K-ի հետազոտողները վերջերս ցույց են տվել նեյտրինոյի լիցքավորման հավասարության հնարավոր խախտում և համապատասխան հականեյտրինո տատանումներ: Սա մի քայլ առաջ է հասկանալու, թե ինչու բան գերակշռում է տիեզերք.

Մեծ պայթյունը (որը տեղի է ունեցել մոտ 13.8 միլիարդ տարի առաջ) և ֆիզիկայի այլ հարակից տեսությունները հուշում են, որ վաղ տիեզերք «գերիշխող» էր ճառագայթումը ևբան' եւ 'հականյութգոյություն է ունեցել հավասար քանակությամբ։

Բայց տիեզերք որ մենք գիտենք, որ այսօր գերիշխող է «մատերիան»: Ինչո՞ւ։ Սա ամենահետաքրքիր առեղծվածներից մեկն է տիեզերք. (1):

The տիեզերք որը մենք գիտենք, որ այսօր սկսվել է հավասար քանակությամբ «նյութի» և «հականյութի» հետ, երկուսն էլ ստեղծվել են զույգերով, ինչպես կպահանջեր բնության օրենքը, և այնուհետև ոչնչացվել են բազմիցս առաջացնելով ճառագայթում, որը հայտնի է որպես «տիեզերական ֆոնային ճառագայթում»: Մեծ պայթյունից մոտ 100 միկրո վայրկյանի ընթացքում նյութը (մասնիկները) ինչ-որ կերպ սկսեցին գերազանցել հակամասնիկներից, ասենք, յուրաքանչյուր միլիարդից մեկով, և վայրկյանների ընթացքում ամբողջ հականյութը ոչնչացվեց՝ թողնելով միայն նյութը:

Ո՞րն է այն գործընթացը կամ մեխանիզմը, որը կստեղծի նման տարբերություն կամ անհամաչափություն նյութի և հակամատերի միջև:

1967 թվականին ռուս տեսական ֆիզիկոս Անդրեյ Սախարովը երեք պայման դրեց, որ անհրաժեշտ են անհավասարակշռություն (կամ նյութի և հակամատերի տարբեր արագությամբ արտադրություն) առաջանալու համար. տիեզերք. Սախարովի առաջին պայմանը բարիոնային թվի խախտումն է (քվանտային թիվ, որը պահպանվում է փոխազդեցության դեպքում): Դա նշանակում է, որ պրոտոնները չափազանց դանդաղ են քայքայվում՝ դառնալով ավելի թեթև ենթաատոմային մասնիկներ, ինչպիսիք են չեզոք պիոնը և պոզիտրոնը: Նմանապես, հակապրոտոնը քայքայվել է պիոնի և էլեկտրոնի: Երկրորդ պայմանը լիցքի խոնարհման համաչափության, C-ի և լիցքի խոնարհման-հավասարության համաչափության խախտումն է, CP-ն նաև կոչվում է լիցքավորման համաչափության խախտում: Երրորդ պայմանն այն է, որ բարիոն-ասիմետրիա առաջացնող պրոցեսը չպետք է լինի ջերմային հավասարակշռության մեջ՝ արագ ընդլայնման պատճառով, ինչը նվազեցնում է զույգ-աննիհիլացիայի առաջացումը:

Սա Սախարովի CP-ի խախտման երկրորդ չափանիշն է, որը մասնիկների և դրանց հակամասնիկների միջև մի տեսակ անհամաչափության օրինակ է, որը նկարագրում է դրանց քայքայման ձևը: Համեմատելով մասնիկների և հակամասնիկների վարքի ձևը, այսինքն՝ ինչպես են դրանք շարժվում, փոխազդում և քայքայվում, գիտնականները կարող են գտնել այդ անհամաչափության ապացույցները: CP-ի խախտումը վկայում է այն մասին, որ որոշ անհայտ ֆիզիկական գործընթացներ պատասխանատու են նյութի և հականյութի դիֆերենցիալ արտադրության համար:

Հայտնի է, որ էլեկտրամագնիսական և «ուժեղ փոխազդեցությունները» սիմետրիկ են C և P-ի տակ, և, հետևաբար, դրանք սիմետրիկ են նաև CP (3) արտադրանքի տակ: «Սակայն դա պարտադիր չէ «թույլ փոխազդեցության» դեպքում, որը խախտում է և՛ C, և՛ P համաչափությունները։ ասում է պրոֆ. Բ.Ա. Ռոբսոնը: Նա այնուհետև ասում է, որ «Թույլ փոխազդեցություններում CP-ի խախտումը ենթադրում է, որ նման ֆիզիկական պրոցեսները կարող են հանգեցնել բարիոնի թվի անուղղակի խախտման, այնպես որ նյութի ստեղծումը գերադասելի լինի հակամատերիայի ստեղծմանը»: Ոչ քվարկային մասնիկները CP խախտումներ չեն ցույց տալիս, մինչդեռ քվարկներում CP խախտումը չափազանց փոքր է և աննշան է նյութի և հականյութի ստեղծման տարբերություն ունենալու համար: Այսպիսով, CP խախտումը լեպտոններում (neutrinos) կարևոր է դառնում, և եթե ապացուցվի, ապա կպատասխանի, թե ինչու տիեզերք նյութը գերիշխող է:

Չնայած CP սիմետրիայի խախտումը դեռ վերջնականապես պետք է ապացուցվի (1), սակայն T2K թիմի կողմից վերջերս արձանագրված բացահայտումները ցույց են տալիս, որ գիտնականներն իսկապես մոտ են դրան: Առաջին անգամ ապացուցվեց, որ մասնիկից էլեկտրոն և նեյտրինո անցումը նախընտրելի է, քան հակամասնիկից էլեկտրոն և հականեյտրինո անցումը T2K-ում (Տոկայից Կամիոկա) բարձր բարդ փորձերի միջոցով (2): T2K-ը վերաբերում է զույգ լաբորատորիաներին՝ ճապոնական պրոտոնի արագացուցիչի հետազոտական ​​համալիրին (J-Parc) Տոկայ և Super-Kamiokande ստորգետնյա նեյտրինո աստղադիտարանը Կամիոկա, Ճապոնիա՝ բաժանված մոտ 300 կմ. Պրոտոնային արագացուցիչը Տոկայիում առաջացրել է մասնիկներ և հակամասնիկներ բարձր էներգիայի բախումներից, իսկ Կամիոկայի դետեկտորները դիտել են նեյտրինոները և նրանց հակամատերային նմանակները՝ անտինեյտրինոները՝ կատարելով շատ ճշգրիտ չափումներ:

T2K-ում մի քանի տարվա տվյալների վերլուծությունից հետո գիտնականները կարողացան չափել դելտա-CP կոչվող պարամետրը, որը կարգավորում է նեյտրինոյի տատանումների մեջ խախտվող CP սիմետրիան և հայտնաբերել նեյտրինոյի արագության բարձրացման անհամապատասխանությունը կամ նախապատվությունը, որն ի վերջո կարող է հանգեցնել CP-ի խախտման հաստատումը նեյտրինոների և հականեյտրինոների տատանումների ձևով: T2K թիմի կողմից հայտնաբերված արդյունքները նշանակալի են 3-սիգմա կամ 99.7% վստահության մակարդակի վիճակագրական նշանակությամբ: Դա կարևոր ձեռքբերում է, քանի որ նեյտրինոների մասնակցությամբ CP խախտման հաստատումը կապված է նյութի գերակայության հետ: տիեզերք. Ավելի մեծ տվյալների բազայի հետ հետագա փորձերը կփորձեն ստուգել, ​​թե արդյոք այս լեպտոնիկ CP համաչափության խախտումը ավելի մեծ է, քան CP խախտումը քվարկներում: Եթե ​​այդպես է, ապա մենք վերջապես կունենանք հարցի պատասխանը, թե ինչու տիեզերք նյութը գերիշխող է:

Թեև T2K փորձը հստակորեն չի հաստատում, որ CP սիմետրիայի խախտում է տեղի ունեցել, բայց դա կարևոր իրադարձություն է այն առումով, որ այն վերջնականապես ցույց է տալիս ուժեղացված էլեկտրոնների նեյտրոնային արագության մեծ նախապատվությունը և մեզ ավելի մոտեցնում է ապացուցելու CP սիմետրիայի խախտումը և, ի վերջո, պատասխանեք, թե ինչու տիեզերք մատերիան գերիշխող է»։

***

Հիշատակում:

1. Տոկիոյի համալսարան, 2020 թ. «T2K արդյունքները սահմանափակում են նեյտրինո CP փուլի հնարավոր արժեքները -…..» Մամլո հաղորդագրություն Հրապարակված է 16 թվականի ապրիլի 2020-ին: Հասանելի է առցանց՝ http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Մուտք գործվել է 17 թվականի ապրիլի 2020-ին։

2. The T2K Collaboration, 2020. Նեյտրինոյի տատանումների նյութի հականյութերի համաչափությունը խախտող փուլի սահմանափակում: Nature հատոր 580, էջեր339–344 (2020): Հրատարակված՝ 15 թվականի ապրիլի 2020: DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0

3. Robson, BA, 2018. The Matter-antimatter Asymmetry Problem. Բարձր էներգիայի ֆիզիկայի, գրավիտացիայի և տիեզերագիտության ամսագիր, 4, 166-178: https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015

***