De ce materia a învins antimateria? Dezvăluiri surprinzătoare de la CERN

Experimentele realizate în cadrul Centrului European pentru Cercetări Nucleare (CERN) au adus un aport semnificativ în înțelegerea cauzelor dispariției antimateriei după Big Bang. În mod special, cercetătorii au detectat o asimetrie între materie și antimaterie, folosind o particulă din familia barionilor – o componentă fundamentală în structura atomului. Acest studiu face parte dintr-un program științific susținut care are drept scop elucidarea motivelor pentru care antimateria a dispărut aproape complet și cum materia a dominat formarea Universului.

Contextul cercetărilor: de la Big Bang la Universul actual

De mai bine de un deceniu, experții de la CERN, prin intermediul colaborării LHCb, explorează consecințele imediate ale evenimentului primordial numit Big Bang — explozia uriașă care a marcat începutul Universului în urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani. În aceste prime momente, energia a fost atât de intensă încât a dat naștere unei cantități egale de materie și antimaterie, ambele având aceeași masă, dar sarcini opuse.

Ministrul Finanțelor: Bugetul României pe 2027 va fi dificil de construit. Se pierd finanțări din PNRR de 1,5% din PIB

12:38

Eurostat: România a înregistrat cele mai mari creșteri de prețuri la electricitate și gaze din UE în primul semestru

11:25

Practic, prezența acestor particule în cantități egale crea riscul ca ele să se anihileze reciproc, eliberând energie. Cu toate acestea, la scurt timp după explozie, antimateria a dispărut aproape în totalitate, lăsând în urmă materia care a format stelele, galaxii, planete și, în cele din urmă, viața așa cum o cunoaștem noi.

Cercetări recente: diferențe subtile între materie și antimaterie

Profesorul Stephane Monteil, membru al echipei LHCb și fizician la Laboratoire de Physique din Clermont-Auvergne, a spus: „Nu detectăm nicio urmă de antimaterie primordială”, confirmând o realitate observată de-a lungul anilor: antimateria a fost aproape complet eradictă după Big Bang.

Într-un studiu publicat recent în revista Nature, cercetătorii au raportat o descoperire care a atras atenția întregii comunități științifice: o asimetrie în comportamentul dezintegrării unui anumit barion, cunoscut sub numele de barionul „beauty” sau „bottom”. Acest tip de particulă, parte din familia componentelor atomice, conține un quarc „beauty” și a fost subiectul unei analize meticuloase care a durat peste zece ani, începând din 2009, și care s-a bazat pe un număr uriaș de coliziuni generate în acceleratorul LHC.

Particulele și antimateria: forma și diferențele

Distanța dintre particulele de materie și cele de antimaterie devine vizibilă în anumite caracteristici fundamentale, precum masa. Cu toate acestea, diferențele apar în interacțiunea slabă, o forță nucleară fundamentală, unde cercetătorii au observat „diferențe foarte subtile în comportament”. Aceste variații, deși minuscule, pot avea implicații majore în înțelegerea asimetriei materie-antimaterie.

În anii ’60, fizicienii au descoperit pentru prima dată o asimetrie în dezintegrarea mezonilor — particule compuse din perechi de quarcuri și antiquarcuri, cele mai mici elemente constitutive ale materiei. Apoi, s-a crezut că și barionii, compuși din trei quarcuri, ar putea prezenta o astfel de asimetrie. Acest lucru era de așteptat deoarece protonii și neutronii, care alcătuiesc nucleul atomului, sunt barioni.

Cercetare în profunzime la LHC: măsurarea dezintegrărilor

Cercetătorii de la CERN au concentrat eforturile asupra barionului Lambda-b, un reprezentant al familiei „beauty”, pentru a înțelege dacă există diferențe în ratele de dezintegrare între particule și antiparticulele lor. Această muncă, începută în 2009, a implicat producerea unui număr uriaș de coliziuni, de ordinul miilor de miliarde, pentru a obține date suficiente.

Rezultatele au fost concludente: ratele de dezintegrare ale barionului și ale antiparticulei sale sunt, în teorie, egale. Însă, cercetările au relevat o discrepanță în comportament, ceea ce a condus la identificarea unei încălcări a simetriei CP (paritate conjugată de sarcină). Această încălcare a fost măsurată în aproximativ 80.000 de dezintegrări, cu o semnificație statistică de cinci sigma, ceea ce înseamnă că diferența nu poate fi explicată prin întâmplare, fiind foarte probabil reală.

Această diferență de rată de dezintegrare indică o încălcare a simetriei CP, care implică faptul că procesul prin care o particulă devine o altă particulă nu este identic cu cel al antiparticulei echivalente.

Implicațiile descoperirii și limitele actuale

Această observație reprezintă o oportunitate de a testa Modelul Standard — cadrul teoretic care descrie modul în care funcționează particulele la scară microscopică. În ciuda faptului că această încălcare a simetriei CP susține unele dintre explicațiile posibile pentru asimetria materie-antimaterie, ea nu explică în întregime dispariția antimateriei după Big Bang.

„Nu avem un mecanism global care să poată explica, pe baza a ceea ce observăm, asimetria cosmologică”, afirmă profesorul Monteil, citat de Agerpres.

El adaugă că pentru cei interesați de căutarea unor noi surse de asimetrie materie-antimaterie, „ne aflăm abia la începutul explorării”.

Rezultatele obținute la CERN adaugă un nou capitol în înțelegerea complexă a fenomenelor fundamentale care au modelat Universul și continuă să ridice întrebări despre modul în care materia a devenit dominantă în cosmos.