A kutatás középpontjában egy ritka, rövid életű részecske áll, amelyet szépség-lambda barionnak neveznek – ez a protonok és neutronok közeli rokona. Az LHC beauty (LHCb) kísérlet tudósai megfigyelték, hogy ez a részecske eltérő sebességgel bomlik le, mint antianyag-párja. Ez az első közvetlen bizonyíték arra, hogy a töltés-paritás (CP) szimmetria sérülése a barionok esetében is előfordulhat. A fizikusok úgy vélik, hogy ez az aszimmetria – vagyis az, hogy az anyag és az antianyag nem teljesen ugyanúgy viselkedik – kulcsfontosságú lehet annak megértésében, miért létezik egyáltalán az általunk ismert, anyaggal teli univerzum.

CP-sértés nélkül az anyag és az antianyag az ősrobbanás után teljesen megsemmisítette volna egymást, így sem csillagok, sem bolygók, sem élet nem alakulhatott volna ki. A részecskefizika jelenlegi, úgynevezett standard modellje azonban csak nagyon csekély CP-sértést jósol, ami nem elég ahhoz, hogy megmagyarázza az anyag jelenlegi túlsúlyát.

Eddig a CP-szimmetria megsértését kizárólag mezonoknál – olyan részecskéknél, amelyek egy kvarkból és egy antikvarkból állnak – figyelték meg. A mostani eredmény azért különösen jelentős, mert először sikerült barionoknál – azaz három kvarkból álló részecskéknél, mint amilyenek a protonok és neutronok – kimutatni ezt a jelenséget. Ez új utakat nyithat meg a jelenlegi elméleti modellen túlmutató fizika irányába.

Az LHCb-kísérlet szóvivője, Vincenzo Vagnoni elmondta:

„Több mint 80 ezer barion bomlását kellett elemeznünk ahhoz, hogy először észlelhessük ezt az anyag-antianyag aszimmetriát ebben a részecskecsoportban.”

2009 és 2018 között az LHCb csapata elképesztő mennyiségű adatot dolgozott fel: a gyorsítóban másodpercenként akár 25 millió protonütközés történt. A kutatók gondosan nyomon követték a szépség-lambda barion és antianyag-párja bomlási folyamatait, majd pontosan azonosították a keletkezett részecskéket, köztük a protont, a kaont és a piont. A mérések szerint az anyag és az antianyag bomlási sebessége között 2,45%-os különbség mutatkozott, a statisztikai hibahatár pedig körülbelül 0,47% volt. Az eredmény statisztikai szignifikanciája 5,2 szigma lett – ez már jócskán meghaladja azt a küszöbértéket, amit a fizikusok hivatalosan is felfedezésként fogadnak el.

A tudósok optimisták, hiszen az LHC várhatóan 2030-ban újraindul, még fejlettebb detektorokkal és így nagyobb adatmennyiséggel.

„Minél több rendszerben sikerül kimutatnunk a CP-sértést, annál nagyobb esélyünk lesz arra, hogy új, izgalmas fizikai jelenségeket fedezzünk fel” – tette hozzá Vagnoni.

(A cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay)