Експеримент LHCb повідомив про перше спостереження порушення залежної від часу CP-інваріантності в розпадах дивних B-мезонів на заряджені каони. Такий результат доповнює отримані раніше експериментальні дані про CP-порушення у фізиці елементарних частинок, а в майбутньому він потенційно може пояснити дисбаланс між матерією і антиматерією у всесвіті. Доповідь LHCb опубліковано на сайті експерименту, коротко про відкриття повідомляє ЦЕРН.
Порушення CP-інваріантності у фізиці елементарних частинок - це явище неінваріантності законів фізики щодо операції дзеркального відображення простору з одночасною заміною всіх частинок на античастинки. Вперше експериментально такий ефект виявили в розпадах каонів в 1964 році (за що Джеймс Кронін і Вел Фітч удостоїлися нобелівської премії з фізики за 1980 рік), а в подальшому відхилення від CP-симетрії стали знаходити все в більшому числі явищ на прискорювачах.
Подібні відкриття привертають особливу увагу фізиків, адже істотне порушення CP-інваріантності у фізичному описі нашого світу дозволило б пояснити спостережувану асиметрію між кількістю матерії і антиматерії у всесвіті. При цьому в Стандартній моделі є тільки два джерела потенційного CP-порушення: у квантовій хромодинаміці, де воно досі не спостерігається експериментально, і в слабких взаємодіях. Другий підхід до опису відхилення світу від CP-симетричності хоч і підтверджується в експериментах, але занадто малий за величиною прогнозованого ефекту. Тому для наукового співтовариства важливо виявити і пояснити інші прояви порушення CP-інваріантності щоб зрозуміти, чому наш світ складається лише з матерії, і куди пропала вся антиматерія.
Тепер ще одне CP-порушення виявили в даних роботи експерименту LHCb на Великому адронному колайдері в ЦЕРНі за 2015-2016 роки. Учасники експерименту повідомили про перше виявлення порушення залежної від часу CP-інваріантності в розпадах дивного B-мезону на два каони протилежних зарядів. Сам мезон безперервно осцилює між двома своїми станами - частинки і античастинки. Залежність CP - порушення від часу в такому контексті означає, що асиметрія між числом дивних B-мезонів і їх античастинок не просто існує, але і змінюється протягом життя мезону. Самі осциляції відбуваються з частотою 3 ^ 1012 герц (3 мільйони мільйонів разів на секунду), проте висока тимчасова роздільна здатність детектора в експерименті LHCb дозволила фізикам знайти відхилення від Стандартної моделі навіть у таких швидких процесах.
Крім осциляцій дивного B-мезону фізики вивчили аналогічний ефект для нейтрального B-мезону, також виявивши порушення залежної від часу CP-інваріантності. Такі ж спостереження вже проводилися колабораціями Belle і BABAR в 2001 році, проте тепер фізики на LHCb провели власні вимірювання. Раніше в 2013 році LHCb продемонстрував порушення інтегрованої за часом CP-інваріантності для дивного B-мезону, а для нейтрального B-мезону подібні вимірювання також провели колаборації Belle і BABAR в 2004 році. Тоді прояви CP-порушення шукали не залежно від часу, а за сумарними перерізами утворення мезонів і антимезонів, а тепер LHCb повторив ці вимірювання і в черговий раз продемонстрував асиметрію між утворюваними в колайдері кількостями матерії та антиматерії.
Статистична точність нинішнього першого виявлення порушення залежної від часу CP-інваріантності дивного B-мезону на LHCb склала 6,7. Тепер фізикам належить порівняти отримані дані з минулими експериментальними спостереженнями і передбаченнями Стандартної моделі. Тільки після цих порівнянь можна буде судити про те, чи зможуть нові результати допомогти фізикам пояснити дисбаланс між матерією і антиматерією у всесвіті.
Експеримент LHCb в принципі плідний у пошуках СР-порушень: буквально торік на LHCb вперше виявили порушення CP-інваріантності в розпадах D0-мезону. А про інші останні результати роботи Великого адронного коллайдера ми повідомляємо в темі «Другий сезон Коллайдера».