For første gang nogensinde har fysikere ved verdens største atomknusere observeret forskelle i forfaldet af partikler og antipartikler indeholdende en grundlæggende byggesten af materie, kaldet charmen kvark.
Fundet kunne hjælpe med at forklare mysteriet om, hvorfor materie overhovedet eksisterer.
"Det er en historisk milepæl," sagde Sheldon Stone, professor i fysik ved Syracuse University og en af samarbejdspartnerne til den nye forskning.
Materiale og antimaterie
Hver stofpartikel har en antipartikel, som er identisk i masse, men med en modsat elektrisk ladning. Når materie og antimaterie mødes, udslettes de hinanden. Det er et problem. Big Bang skulle have skabt en ækvivalent mængde stof og antimaterie, og alle disse partikler skulle have ødelagt hinanden hurtigt og ikke efterladt andet end ren energi.
Forestillingen om CP-krænkelse kom fra den russiske fysiker Andrei Sakharov, som foreslog den i 1967 som en forklaring på, hvorfor stof overlevede Big Bang.
"Dette er et af de kriterier, der er nødvendige for, at vi kan eksistere," sagde Stone, "så det er slags vigtigt at forstå, hvad oprindelsen af CP-krænkelse er."
Der er seks forskellige typer kvarker, alle med deres egne egenskaber: op og ned, top og bund og charme og underlig. I 1964 observerede fysikerne først CP-krænkelsen i det virkelige liv i mærkelige kvarker. I 2001 så de det ske med partikler indeholdende bundkvarker. (Begge opdagelser førte til nobelpriser for de involverede forskere.) Fysikere havde længe teoretiseret, at det skete med partikler, der indeholdt charme-kvarker, men ingen havde nogensinde set det.
Charmeret, jeg er sikker
Stone er en af forskerne på skønhedseksperimentet Large Hadron Collider (LHC), der bruger CERNs Stor Hadron Collider, den 16,5 mil (27 kilometer) ring på den fransk-schweiziske grænse, der sender subatomære partikler, der plejer ind i hinanden for at re- skab blitzerne af forbløffende energi, der fulgte Big Bang. Når partiklerne smadrer ind i hinanden, bryder de ind i deres bestanddele, som derefter henfalder inden for fraktioner fra et sekund til mere stabile partikler.
De seneste observationer involverede kombinationer af kvarker kaldet mesoner, specifikt D0 ("d-zero") meson og anti-D0 meson. D0-mesonet består af et charme-kvark og et anti-up-kvark (antipartikel af up-quark). Anti-D0-meson er en kombination af en anti-charme-kvark og en op-kvark.
Begge disse mesoner forfalder på mange måder, men nogle små procentdel af dem ender som mesoner kaldet kaoner eller pioner. Forskerne målte forskellen i henfaldshastigheder mellem D0 og anti-D0-mesonerne, en proces, der involverede at tage indirekte målinger for at sikre, at de ikke bare målede en forskel i den indledende produktion af de to mesoner, eller forskelle i, hvor godt deres udstyr kunne detektere forskellige subatomiske partikler.
Bundlinjen? Forfaldsforholdene varierede med en tiendedel af en procent.
"Midlerne på, at D0 og anti-D0 forfalder ikke i samme takt, og det er, hvad vi kalder CP-krænkelse," sagde Stone.
Og det gør tingene interessante. Forskellene i forfaldene er sandsynligvis ikke store nok til at forklare, hvad der skete efter Big Bang for at efterlade så meget stof, sagde Stone, skønt den er stor nok til at være overraskende. Men nu, sagde han, får fysikteoretikere deres tur med dataene.
Fysikere er afhængige af noget, der kaldes standardmodellen, for at forklare alt i subatomær skala. Spørgsmålet nu, sagde Stone, er, om de forudsigelser, der er foretaget af standardmodellen, kan forklare den måling af charmekvark, holdet netop har foretaget, eller om det vil kræve en slags ny fysik - som, ifølge Stone, ville være det mest spændende resultat.
"Hvis dette kun kunne forklares med ny fysik, kunne den nye fysik indeholde ideen om, hvor denne CP-overtrædelse kommer fra," sagde han.
Forskere annoncerede opdagelsen i en CERN-webcast og offentliggjorde en fortryk af et papir, der detaljerede resultaterne online.
- Hvad er det? Dine fysiske spørgsmål besvaret
- De 18 største uopløste mysterier i fysik
- Billeder: Verdens største atomskødning (LHC)
