פיזיקאים מוצאים הוכחות לאסימטריה של חומר אנטי-חומר בדעיכה של בריונים והדרונים של יופי

המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים מנבא אסימטריה בין חומר ואנטי-חומר המכונה הפרת מטען-שוויון (CP). אבל גודלה של אסימטריה זו במודל הסטנדרטי אינו גדול מספיק כדי להסביר את חוסר האיזון והאסימטריה נצפתה עד כה רק בהתפרקות מסויימת של חלקיקים הנקראים מזוונים. בשני מחקרים חדשים, פיזיקאים מה-LHCb שיתוף פעולהב-Cern's Large Hadron Collider (LHC) מצאו עדויות להפרת CP בהתפרקות של בריונים ובהתפרקות של האדרונים יופי לחלקיקי שרמוניום, ושופכים אור על שני החלקים הללו של פאזל החומר-אנטי-חומר.

ניסויים, כולל LHCb, ערכו בעבר חיפושים אחר הפרת CP בבריונים, על ידי חיפוש אחר הבדלים באופן שבו חומר ובאריונים אנטי-חומר מתפרקים לחלקיקים אחרים.

אבל החיפושים האלה בעצם עלו בידיים ריקות עד כה.

למרות שמחקר אחד של LHCb סיפק עדויות לתהליך בדעיכה מסוימת של בריון הלמבדה התחתון, ראיות אלה לא גדלו במחקר שלאחר מכן שניתח מדגם גדול יותר של דעיכה כזו.

ב-מחקר חדש ראשון, הפיזיקאים של LHCb סיננו דרך נתוני התנגשות פרוטון-פרוטון שנלקחו במהלך הריצה הראשונה והשנייה של ה-LHC כדי לחפש מצבי דעיכה שונים של באריון הלמבדה התחתון, כולל התפרקותו לבאריון למבדה ושני קאונים.

לאחר מכן הם חיפשו הפרת CP בכל מצב דעיכה על ידי ספירת מספר הריקבון של הבריון התחתון של הלמבדה ושל בן זוגו האנטי-חומר ולקיחת ההפרש בין השניים.

לגבי ההתפרקות לבאריון למבדה ולשני קאונים, הבדל זה הראה עדות להפרת CP במשמעות של 3.2 סטיות תקן.

ב-מחקר שני, צוות LHCb הפנה את תשומת ליבו לדעיכה של מסון היופי הטעון חשמלי ל-J/psi ו-pion טעון.

ה-J/psi הוא חלקיק צ'רמוניום - מסון המורכב מקווארק קסם ואנטי-קווארק קסם.

בביצוע ניתוח דומה לזה של מחקר הלמבדה בריון התחתון, וגם תוך שימוש בנתונים מהריצה הראשונה והשנייה של ה-LHC, הם מצאו עדויות להפרת CP במצב דעיכה זה של מסון היופי הטעון, שוב עם מובהקות של תקן 3.2 סטיות.

הממצא מייצג עדות להפרת CP בהתפרקות של האדרונים של יופי לחלקיקי צ'רמוניום.

"המחקרים שלנו מציינים צעדים משמעותיים לקראת בירור האם הפרת CP קיימת או לא בסוגים אלה של ריקבון", אמרו המחברים.

"נתונים מהריצה השלישית של ה-LHC ומהשדרוג המתוכנן של המתנגש, ה-High-Luminosity LHC, אמורים לשפוך אור נוסף על חלקים אלה ואחרים בפאזל החומר-אנטי-חומר."

_____

LHCb שיתוף פעולה. 2024. מחקר של דעיכה של Λ0b ו-Ξ0b ל-Λh+h'− ועדויות להפרת CP בדעיכה Λ0b→ΛK+K−. arXiv: 2411.15441

LHCb שיתוף פעולה. 2024. ראיה ראשונה להפרה ישירה של CP ביופי עד ריקבון צ'רמוניום. arXiv: 2411.12178