Физики из Европейского центра ядерных исследований (CERN) опубликовали новые результаты экспериментов на Большом адронном коллайдере (LHC), в которых измеряли нарушение симметрии между материей и антиматерией в распадах частиц с тяжелыми кварками. Это нарушение, называемое нарушением CP-симметрии, может быть одним из ключевых факторов, объясняющих превосходство материи над антиматерией во Вселенной.
CP-симметрия предполагает, что законы физики не меняются при одновременном изменении заряда частицы на противоположный и отражении ее в зеркале. Однако в 1964 году было обнаружено, что CP-симметрия нарушается в распадах нейтральных каонов – частиц, состоящих из кварков s и d. Позже было показано, что CP-симметрия нарушается и в распадах нейтральных B-мезонов – частиц, состоящих из кварков b и d или b и s.
На LHC физики проводят эксперименты с двумя детекторами – LHCb и CMS – для изучения распадов B-мезонов с высокой точностью. В новой работе они объединили данные с обоих детекторов и получили самое точное измерение параметра, характеризующего нарушение CP-симметрии в распадах B-мезонов на пару J/ψ и Ks. Этот параметр называется SψKs и равен синусу угла фазы распада. Если CP-симметрия не нарушается, то SψKs должен быть равен нулю.
Физики обнаружили, что SψKs отличен от нуля на уровне 5 сигм – статистически значимом уровне, который означает отклонение от нулевой гипотезы менее чем в одном случае из 3,5 миллиона. Они получили значение SψKs равное 0.731 ± 0.035, что согласуется с предсказаниями стандартной модели – теории, описывающей все известные элементарные частицы и их взаимодействия.
Это измерение является одним из самых точных в области физики тяжелых кварков и демонстрирует высокую чувствительность детекторов LHC к нарушению CP-симметрии. Однако стандартная модель не может полностью объяснить асимметрию между материей и антиматерией, поэтому физики продолжают искать новые физические явления, которые могут привести к большему нарушению CP-симметрии, чем предсказывает стандартная модель.