CERN은 우주에서 사라진 반물질의 신비에 대한 또 다른 단서를 발견했습니다

이것은 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나입니다. 우리 주변의 물질을 구성하는 모든 입자 (전자와 양성자)는 거의 동일하지만 반대 전하와 같은 반사 특성을 가진 반물질 버전을 가지고 있습니다.

반물질과 물질 입자가 만나면 폭발적인 에너지로 전멸합니다.

반물질과 물질이 실제로 동일하지만 서로의 거울상이라면 빅뱅 기간 동안 동일한 양으로 생산되었을 것입니다. 문제는 모든 것을 파괴한다는 것입니다. 그러나 오늘날 우주에는 반물질이 거의 남아 있지 않습니다. 일부 방사성 붕괴와 우주선의 작은 부분에서만 나타납니다.

그래서 그에게 무슨 일이 일어 났습니까? 물질과 반물질의 차이를 연구하기 위해 CERN의 LHCb 실험을 사용하여 우리는 이러한 차이를 만드는 새로운 방법을 발견했습니다.

반물질의 존재는 1928 년 전자의 운동을 설명하는 물리학 자 Paul Dirac의 방정식에 의해 예측되었습니다. 처음에는 이것이 단지 수학적 특성인지 실제 입자에 대한 설명인지 명확하지 않았습니다.

그러나 1932 년 칼 앤더슨은 우주에서 지구로 떨어지는 우주선 연구에서 전자의 파트너 인 양전자 인 반물질을 발견했습니다. 이후 수십 년 동안 물리학 자들은 물질의 모든 입자가 반물질 파트너를 가지고 있음을 발견했습니다.

과학자들은 빅뱅 직후 매우 뜨겁고 밀집된 상태에서 물질이 반물질을 선호하는 과정이 발생 했어야한다고 믿습니다. 이것은 약간의 물질을 만들어 냈고, 우주가 식었을 때 모든 반물질은 동일한 양의 물질에 의해 파괴되거나 소멸되어 소량의 물질 만 남았습니다.

오늘날 우리가 우주에서 보는 모든 것을 구성하는 것은이 과잉입니다.

어떤 과정이 잉여를 초래했는지 정확히 알 수 없으며 물리학 자들은 수십 년 동안 이것을 면밀히 관찰 해 왔습니다.

렙톤과 함께 물질의 기본 구성 요소 인 쿼크의 행동은 물질과 반물질의 차이를 밝힐 수 있습니다. 쿼크는 상단, 하단, 매력, 이상, 부지런함, 진실로 알려진 다양한 종류 또는 "맛"과 6 개의 일치하는 안티 쿼크가 있습니다.

위아래 쿼크는 일반 물질의 핵에서 양성자와 중성자를 구성하는 것이며, 다른 쿼크는 예를 들어 CERN의 대형 강 입자 충돌기와 같은 가속기에서 입자가 충돌 할 때 고 에너지 과정에 의해 형성 될 수 있습니다.

쿼크와 안티 쿼크로 구성된 입자를 중간 자라고하며 흥미 진진한 행동을 보이는 4 개의 중립 중간자 (B0S, B0, D0, K0)가 있습니다. 그들은 자발적으로 반입자 파트너로 변신했다가 다시 돌아올 수 있습니다. 1960 년에 처음 관찰 된 현상입니다.

불안정하기 때문에 진동하는 동안 어느 시점에서 다른 더 안정된 입자로 "붕괴"됩니다. 중간자에 대한이 감쇠는 진동과 결합하여 시간에 따라 감쇠율이 변함을 의미하는 타임 손과는 다소 다르게 발생합니다.

진동과 감쇠에 대한 규칙은 Cabibbo-Kobayashi-Maskawa Mechanism (CKM)이라는 이론적 프레임 워크에 의해 제공됩니다. 그는 물질과 반물질의 행동에 차이가 있다고 예측하지만, 오늘날 우리가보고있는 풍부함을 설명하는 데 필요한 초기 우주에서 과도한 물질을 생성하는 것은 너무 작습니다.

이것은 우리가 이해하지 못하는 것이 있다는 것을 나타내며,이 주제를 연구하면 물리학에서 가장 기본적인 이론 중 일부에 의문을 제기 할 수 있습니다.

새로운 물리학?

LHCb 실험의 최근 결과는 중성 B0S 중간자 (중성 B0S 중간자)에 대한 연구입니다. B0S 중간체는 대형 강 입자 충돌기에서 양성자와 다른 양성자와 충돌하여 생성되었으며, 여기서 그들은 반 계절 동안 진동하고 초당 3 조 번 되돌아 왔습니다. 충돌은 또한 동일한 방식으로 진동하는 B0S 방지 중간자를 만들어 비교할 수있는 중간자 및 중간자 샘플을 제공했습니다.

우리는 두 샘플의 붕괴 수를 세고 두 숫자를 비교하여 변동이 발생함에 따라이 차이가 어떻게 변했는지 확인했습니다. 약간의 차이가있었습니다. B0S 중간자 중 하나에서 더 많은 붕괴가 발생했습니다. 그리고 B0S 중간자에 대해 처음으로 우리는 B0S 중간자와 antimeson 사이의 진동에 따라 감쇠 또는 비대칭의 차이가 변하는 것을 발견했습니다.

물질과 반물질의 차이를 연구하는 데 중요한 이정표가되었을뿐만 아니라 비대칭의 크기도 측정 할 수있었습니다. 이것은 기본 이론의 여러 매개 변수의 측정으로 번역 될 수 있습니다.

결과를 다른 측정과 비교하면 현재 인정 된 이론이 자연에 대한 올바른 설명인지 여부에 대한 일관성 검사를 제공합니다. 우리가 현미경으로 관찰하는 반물질보다 물질에 대한 약간의 선호는 우리가 우주에서 관찰하는 엄청나게 풍부한 물질을 설명 할 수 없기 때문에 현재 우리의 이해는 더 근본적인 이론의 근사치 일 것입니다.

다른 각도에서 조사함으로써 물질과 반물질의 비대칭 성을 생성 할 수있는이 메커니즘을 조사하면 문제가 무엇인지 알 수 있습니다. 가장 작은 규모로 세계를 탐험하는 것은 우리가 가장 큰 규모로 보는 것을 이해할 수있는 가장 좋은 기회입니다.

글래스고 대학교 입자 물리학 교수 인 Lars Eklund.

The Conversation에서 재판.