Per la prima volta in assoluto, i fisici del più grande smodificatore di atomi del mondo hanno osservato differenze nel decadimento di particelle e antiparticelle contenenti un blocco elementare di materia, chiamato quark di fascino.
La scoperta potrebbe aiutare a spiegare il mistero del perché la materia esiste affatto.
"È una pietra miliare storica", ha dichiarato Sheldon Stone, professore di fisica all'Università di Syracuse e uno dei collaboratori della nuova ricerca.
Materia e antimateria
Ogni particella di materia ha un'antiparticella, che è identica in massa ma con una carica elettrica opposta. Quando la materia e l'antimateria si incontrano, si annullano a vicenda. Questo é un problema. Il Big Bang avrebbe dovuto creare una quantità equivalente di materia e antimateria, e tutte quelle particelle avrebbero dovuto distruggersi a vicenda rapidamente, lasciando dietro di sé solo energia pura.
L'idea della violazione della CP venne dal fisico russo Andrei Sakharov, che la propose nel 1967 come una spiegazione del perché la materia sopravvisse al Big Bang.
"Questo è uno dei criteri necessari per esistere", ha detto Stone, "quindi è importante capire qual è l'origine della violazione della CP".
Esistono sei diversi tipi di quark, tutti con le loro proprietà: su e giù, alto e basso e fascino e strano. Nel 1964, i fisici osservarono per la prima volta la violazione della CP nella vita reale in strani quark. Nel 2001, lo hanno visto accadere con particelle contenenti quark bottom. (Entrambe le scoperte hanno portato a premi Nobel per i ricercatori coinvolti.) I fisici avevano teorizzato a lungo che ciò avveniva anche con particelle contenenti quark di fascino, ma nessuno l'aveva mai visto.
Incantato, ne sono sicuro
Stone è uno dei ricercatori dell'esperimento di bellezza Large Hadron Collider (LHC), che utilizza il Large Hadron Collider del CERN, l'anello 27,5 miglia (27 chilometri) sul confine franco-svizzero che invia particelle subatomiche l'una nell'altra per ri creare i lampi di energia sbalorditiva che ha seguito il Big Bang. Quando le particelle si infrangono l'una nell'altra, si rompono nelle loro parti costituenti, che poi decadono in frazioni di secondo a particelle più stabili.
Le ultime osservazioni riguardavano combinazioni di quark chiamati mesoni, in particolare il mesone D0 ("d-zero") e il mesone anti-D0. Il mesone D0 è composto da un quark fascino e un quark anti-up (l'antiparticella del quark up). Il mesone anti-D0 è una combinazione di un quark anti-fascino e un quark up.
Entrambi questi mesoni decadono in molti modi, ma una piccola percentuale di essi finisce come mesoni chiamati kaon o pioni. I ricercatori hanno misurato la differenza nei tassi di decadimento tra i mesoni D0 e anti-D0, un processo che ha comportato l'esecuzione di misurazioni indirette per garantire che non stessero solo misurando una differenza nella produzione iniziale dei due mesoni o differenze nel modo in cui i loro l'attrezzatura potrebbe rilevare varie particelle subatomiche.
La linea di fondo? I rapporti di decadimento differivano di un decimo per cento.
"Ciò significa che il D0 e l'anti-D0 non decadono alla stessa velocità, ed è quello che chiamiamo violazione del CP", ha detto Stone.
E questo rende le cose interessanti. Le differenze nei decadimenti probabilmente non sono abbastanza grandi da spiegare cosa è successo dopo il Big Bang da lasciare tanta materia, ha detto Stone, anche se è abbastanza grande da essere sorprendente. Ma ora, ha detto, i teorici della fisica prendono il loro turno con i dati.
I fisici fanno affidamento su qualcosa chiamato modello standard per spiegare, bene, tutto su scala subatomica. La domanda ora, Stone ha detto, è se le previsioni fatte dal Modello Standard possono spiegare la misurazione del quark di fascino che il team ha appena fatto, o se richiederà una sorta di nuova fisica - che, ha detto Stone, sarebbe il risultato più emozionante.
"Se questo potesse essere spiegato solo dalla nuova fisica, quella nuova fisica potrebbe contenere l'idea di dove provenga questa violazione della CP", ha detto.
I ricercatori hanno annunciato la scoperta in un webcast del CERN e hanno pubblicato una prestampa di un documento che dettagliava i risultati online.
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