Dlaczego nie powstaliśmy z antymaterii?
Na początku było po równo - materii i antymaterii. Tak głosi teoria Wielkiego Wybuchu. Tymczasem nasz świat złożony jest wyłącznie z materii. Gdzie się zatem podziała cała antymateria, którą obserwujemy tak rzadko? Ośmioletnie badania nad neutrinami w ośrodku Fermilab sugerują zaburzenie symetrii CP (ładunku i przestrzeni) pomiędzy materią i antymaterią i mogą stanowić wyjaśnienie zagadkowej nierównowagi.
Neutrino, jedna z podstawowych cząstek Modelu Standardowego jest wyjątkowo trudnym obiektem badań. Nie posiada ładunku elektrycznego i niemal nie posiada masy. Rzadko styka się z większymi cząsteczkami a trudno obserwować coś, co przelatuje na wylot przez każdą aparaturę badawczą. Dlatego badania nad neutrinami wymagają olbrzymich detektorów i szaleńczej cierpliwości. Coś jednak wiemy: neutrina, jakie znamy, występują w trzech odmianach (zwanych zapachami) - neutrino elektronowe, mionowe i taonowe. Jedną z zagadkowych ich właściwości jest oscylacja - biegnąc przez przestrzeń neutrina nieustannie przechodzą z jednego rodzaju w drugie. Podobnie ma się sprawa, jak się uważa, z antyneutrinami.
Przynajmniej uważano do niedawna, bo dziś kwestia nie jest taka pewna. W roku 1990 (w skali czasu potrzebnego na badanie neutrin to bardzo niedawno) badania wykonywane przy pomocy detektora neutrin LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) w Laboratorium Narodowym w Los Alamos wykazały większą od spodziewanej ilość oscylacji antyneutrin na niewielkich odległościach, co mogło sugerować istnienie czwartego typu (zapachu) neutrina, nazwanego „sterylnym".
Więc jest ta symetria, czy jej nie ma?
Potwierdzenie takich odkryć nie jest łatwe i nikomu się nie udawało. Dlatego w roku 2002 w ośrodku badawczym Fermilab pod Chicago zbudowano detektor neutrin MiniBooNE. Zbudowany jest on z półkilometrowego podziemnego tunelu, na którego krańcu znajduje się ogromny zbiornik z olejem mineralnym. Zderzenia neutrin - bardzo rzadkie - z cząsteczkami oleju są rejestrowane i można stwierdzić, do jakiego typu należało kolidujące neutrino. Przez pięć lat prowadzono obserwację oscylacji neutrin i wreszcie w roku 2007 uznano, że kontrowersyjne odkrycie z Los Alamos nie zostało potwierdzone.
Od tego czasu jednak przerzucono się na gromadzenie danych na temat oscylacji antyneutrin. Po trzech latach rejestracji można było wstępnie przejrzeć wyniki - i tu zaskoczenie: zaobserwowano więcej oscylacji antyneutrin, niż wynikałoby z wyliczeń dla jedynie trzech typów. Otwiera się pole dla istnienia czwartego zapachu antyneutrina i niewykluczone, że również następnych.
Rezultat jest pierwszym doświadczalnym obaleniem symetrii CP - teorii, że materia i antymateria zachowują się jednakowo, w sposób „lustrzany" względem siebie. Pociąga to za sobą istną rewolucję: konieczność przebudowania całego Modelu Standardowego i fizyki cząsteczkowej. Fizycy teoretycy już tworzą pierwsze teorie i modele wyjaśniające ten fenomen i uzupełniające naszą wiedzę.
Zanim jednak rewolucja w fizyce zostanie hucznie ogłoszona, potrzebne jest jej mocniejsze potwierdzenie. Po trzech latach gromadzenia danych ich pewność wynosi 99,7% - dla zwykłego człowieka dużo, dla naukowca wciąż zbyt mało. Aby wynik uznano za dowiedziony, potrzebna jest pewność przynajmniej 99,99994%. Dlatego rejestracja danych i badanie oscylacji antyneutrin w Fermilabie będzie trwało jeszcze przynajmniej półtora roku.
Komentarze (8)
zbigniewmiller, 12 sierpnia 2010, 23:05
czy mógłbym prosic jakiegos specjaliste om podanie metody ,która daje takie wyniki pewności w %...jak to sie liczy?jestem fizykiem i filozofem ,chciałbym znać uprawnomocnienie tej metody..;
to naprawdę rewolucja a nie uzupełnienie wiedzy..;
jeśli to prawda...
Przemek Kobel, 13 sierpnia 2010, 10:16
Nie jestem specjalistą, ani nie odpowiem jak wygląda błędologia tych wyliczeń, ale w notce zauważyłem stwierdzenie, że neutrina nie mają masy.
Z tego co pamiętam, wykrycie faktu oscylacji neutrin obaliło tę tezę. Gdyby nie miały masy, to leciałyby z prędkością światła, a to z kolei powodowałoby, że ich czas "pokładowy" stałby w miejscu. A jeśli czas stoi, to niemożliwe są jakiekolwiek zmiany.
Andrys, 13 sierpnia 2010, 15:05
Mnie rzuciło się w oczy stwierdzenie, że "niemal nie masy". Sformułowanie troszkę nieszczęśliwe ale sugeruje (w zgodzie z faktami), że neutrino masę posiada.
Przemek Kobel, 13 sierpnia 2010, 16:28
Musiało mi umknąć.
Jurgi, 13 sierpnia 2010, 17:17
Według dostępnych mi źródeł, masa neutrin jest bliska zeru, stąd określenie „niemal”. Może rzeczywiście można lepiej to ująć, jak tylko będę w CMSie, to poprawię na „bliską zeru”. Chyba że ma ktoś lepiej brzmiącą propozycję.
@zbigniewmiller — Nie jestem specjalistą, ale owo 99,7% jest określane jako dokładność 3 sigma, zaś dokładność 99,99994 procent jako 5 sigma — może z tym będzie łatwiej wyszperać jakiejś informacje w internecie.
thikim, 31 lipca 2016, 23:05
Była jakaś kontynuacja tego?
Eco_PL, 1 sierpnia 2016, 00:36
Nie licząc Nobla z zeszłego roku, to więcej info na pewno będzie tu:
http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/
albo tu:
https://www.newscientist.com/article/2095968-neutrinos-hint-at-why-antimatter-didnt-blow-up-the-universe/
Sam jestem ciekawy, ale ponieważ angielski u mnie jest na poziomie podstawowym i czytanie w tym języku sprawia mi nieomal fizyczny (nomen omen) ból, więc liczę na jakiś ciekawy artykuł w KW.
thikim, 1 sierpnia 2016, 22:49
Drugi artykuł na ile zrozumiałem to powtórka tego co i na kopalni.