CERN-Physiker, die mit dem LHCb-Detektor arbeiten, haben die ersten möglichen Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie gefunden und erklärt, warum es im modernen Universum fast keine Antimaterie gibt. Dies geht aus einem Artikel hervor, der in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht wurde.
Es wird angenommen, dass in den ersten Augenblicken nach dem Urknall eine gleiche Menge an Materie und Antimaterie vorhanden war. Heute ist die Welt voller Materie, und diese Tatsache ist ein physikalisches Rätsel, da sich die Teilchen Materie und Antimaterie in dem Moment, in dem sie in der Quark- "Suppe" des zukünftigen Universums erschienen, gegenseitig hätten zerstören sollen. Daher stellt sich die Frage, wo die Antimaterie "verschwunden" ist und warum das Universum existiert.
Heute versuchen Wissenschaftler auf zwei Arten, eine Antwort auf diese Frage zu finden - indem sie die Bedingungen simulieren, die während des Urknalls herrschten, einschließlich der Verwendung von Teilchenbeschleunigern, und indem sie die grundlegenden Eigenschaften von Materie und Antimaterie vergleichen. In den letzten 50 Jahren wurden keine signifikanten Unterschiede in ihren Eigenschaften festgestellt, weshalb viele Physiker nach exotischen Antworten auf das Geheimnis des Verschwindens der Antimaterie im Zuge der Expansion des Universums und in den Eigenschaften des "Gottteilchens", des Higgs-Bosons, suchten.
Nicola Neri von der Universität Mailand (Italien) und seine Kollegen in der LHCb-Zusammenarbeit, darunter Dutzende russischer Physiker, behaupten, dass solche Unterschiede im Verhalten von Materie und Antimaterie in den vom LHCb-Instrument während der ersten Staffel des Large Hadron Collider gesammelten Daten entdeckt werden könnten nach dem Neustart im Mai 2015.
Die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler wurde durch die Kuriositäten im Zerfall der sogenannten Lambda-Baryonen erregt - superschwere Teilchen, die aus zwei leichten Quarks und einem schweren Quark bestehen. In einigen seltenen Fällen zerfallen diese Teilchen in vier Teile - drei Pi-Mesonen und ein Proton, und in anderen, noch selteneren Fällen - in zwei Kaonen, ein Pi-Meson und ein Proton.
Die Art und Häufigkeit dieser Zerfälle sollte, wie Wissenschaftler feststellen, für Partikel und Antiteilchen ungefähr gleich sein. Experimentelle Daten des LHC zeigen jedoch, dass das "Muster" der Bewegung von Zerfallsprodukten in einigen Fällen um 10 bis 20% vom allgemein akzeptierten Bild des Standardmodells der Physik in diesen abweicht Fälle, in denen Anti-Lambda-Baryonen verfielen. Diese Asymmetrie weist nach Ansicht der Physiker auf eine ähnliche Asymmetrie der Festigkeit der Eigenschaften der am Zerfallsprozess beteiligten Teilchen hin.
Bisher ist diese Beobachtung keine Entdeckung - Physiker haben es geschafft, nur sechstausend Fälle von Zerfall von Lambda-Baryonen gemäß diesen Szenarien aufzuzeichnen, und das Konfidenzniveau dieser Entdeckung beträgt 3,3 Sigma (0,1% der Wahrscheinlichkeit eines Zufalls oder eines Messfehlers). In der Teilchenphysik werden nur solche Beobachtungen als Entdeckung betrachtet, die ein 5-Sigma-Vertrauensniveau erreichen, und daher sind die Berechnungen von Neri und seinen Kollegen bislang nur ein ernsthafter Hinweis auf eine Entdeckung.
Andererseits versprechen Wissenschaftler laut der Zeitschrift Symmetry, bald aktualisierte Messergebnisse zu veröffentlichen, die die Daten berücksichtigen, die LHCb und der gesamte Large Hadron Collider von Januar bis November letzten Jahres durchgeführt haben. Wenn diese anfänglichen Daten bestätigt werden, kann man sagen, dass Wissenschaftler wirklich nahe daran sind, eines der Hauptgeheimnisse des Universums zu lösen, das mit der Existenz der Menschheit im Besonderen und aller Materie im Allgemeinen verbunden ist.
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„Wir haben bewiesen, dass wir kurz vor erstaunlichen Entdeckungen stehen. Unser Detektor ist so empfindlich, dass wir jetzt systematisch nach der Asymmetrie von Materie und Antimaterie in anderen schweren Baryonen suchen können. Mit der Aktualisierung des Detektors im Jahr 2018 werden unsere Fähigkeiten noch weiter ausgebaut “, schließt Neri.
