В эксперименте наблюдалось массовое нарушение комбинированной четности
Интернациональный коллектив физиков, работающих в Стэнфордском центре линейных ускорителей, впервые обнаружил чрезвычайно сильные различия между распадами частиц обычной материи и антиматерии. Эта работа вскоре появится на интернет-сайте журнала Physical Review Letters.
Новые результаты были получены на так называемой В-мезонной фабрике Стэнфордского линейного ускорителя. Она состоит из двух кольцевых вакуумных камер, в одну из которых инжектируются разогнанные на ускорителе электроны, а в другую - их античастицы, позитроны. В этих накопительных кольцах, известных как комплекс PEP-II, аккумулируются пучки электронов и позитронов, которые при достижении заданной плотности направляются навстречу друг другу. Интересно, что электроны разгоняются до энергии 9 Гэв (9 миллиардов электрон-вольт), а позитроны - до энергии 3,1 Гэв. Это сделано отнюдь не случайно - такая разница в энергиях позволяет наилучшим образом изучать те частицы, которые возникают в результате электронно-позитронных соударений. В комплексе PEP-II рождаются B-мезоны и анти-В-мезоны, массивные короткоживущие частицы, в состав которых входят тяжелые b-кварки. Они очень быстро распадаются на более легкие частицы, такие как К-мезоны и пи-мезоны, или, как их чаще называют, каоны и пионы. Для анализа этих распадов используется гигантский детектор BaBar, на котором в настоящее время работают свыше шестисот физиков и инженеров из США, Китая, Канады, России, Франции, Германии, Италии, Великобритании, Норвегии и Нидерландов.
Физики давно знали, что при некоторых мезонных процессах проявляется асимметрия между материей и антиматерией. Впервые ее обнаружили исследователи из Принстонского университета ровно 40 лет назад, в 1964 году. Этот коллектив, который возглавляли будущие Нобелевские лауреаты Вэл Фитч и Джеймс Кронин, исследовал распады К-мезонов. Из фундаментальных принципов квантовой теории вытекает, что при сохранении полной симметрии между материей и антиматерией один каон всегда должен превращаться в пару пионов. Как правило, так и происходит, однако (в этом и состояло открытие) иногда, всего лишь в нескольких случаях на миллион, каон распадается не на пару, а на тройку пионов. Эти и подобные им эксперименты с каонами показали, что в природе в целом соблюдается симметрия между материей и антиматерией, но в редких случаях все-таки происходит ее нарушение.
Уже несколько лет известно, что при распадах В-мезонов симметрия этого типа соблюдается хуже, чем при распадах каонов. Новый эксперимент позволил куда точнее, чем раньше, оценить меру этого несоблюдения, которая оказалась весьма высокой. Детектор BaBar пропустил через себя более двухсот миллионов пар В-мезонов и анти-В-мезонов, рожденных в комплексе PEP-II. В-мезоны могут распадаться различными способами, и некоторые из них осуществляются очень редко. В частности, В-мезон с малой вероятностью способен дать начало положительному каону и отрицательному пиону, а анти-В-мезон - их античастицам, отрицательному каону и положительному пиону. Если бы симметрия между материей и антиматерией соблюдалась, то число таких распадов было бы одинаковым с точностью до статистических флуктуаций. Однако BaBar зарегистрировал 910 случаев распада В-мезона на плюс-каон и минус-пион и только 696 примеров превращения анти-В-мезона в минус-каон и плюс-пион. Ученые еще ни разу не наблюдали столь сильного и, что не менее важно, явного нарушения симметрии между поведением материи и антиматерии.
Физики-теоретики описывают симметрию этого рода в терминах так называемой комбинированной четности. Говорят, что такая четность сохраняется, если физическая система не меняется от отражения в зеркале (иначе говоря, смены правого на левое, а левого на правое) с одновременной заменой всех частиц на их античастицы. Новый стэнфордский эксперимент четко показал, что комбинированная четность нарушается куда заметней, чем считалось до сих пор.
Этот результат очень важен не только для физики элементарных частиц, но и для космологии. Принято считать, что Большой взрыв, давший начало нашему мирозданию, создал равные количества материи и антиматерии. Однако в нынешней Вселенной антивещество практически отсутствует - предполагается, что оно исчезло в течение первых мгновений после Большого взрыва. Скорее всего, это исчезновение как раз и объясняется наличием изначально заложенных в нашу Вселенную небольших различий в темпах распада частиц и античастиц.
Обсудить
Статьи по теме
В эксперименте наблюдалось массовое нарушение комбинированной четности
Физики, работающие в Стэнфордском центре линейных ускорителей, впервые обнаружили чрезвычайно сильные различия между распадами частиц обычной материи и антиматерии. Этот результат очень важен не только для физики элементарных частиц, но и для космологии. В нынешней Вселенной антивещество практически отсутствует - предполагается, что оно исчезло в течение первых мгновений после Большого взрыва.
В ускоренном расширении Вселенной повинны нейтрино
Трое американских физиков-теоретиков предложили новую модель расширения Вселенной. По мнению этих ученых, существует еще не открытое силовое поле, кванты которого они предлагают называть акселеронами. Акселеронное поле вынуждает нейтрино отталкиваться друг от друга, благодаря чему они разлетаются и "растягивают" за собой космическое пространство. Из новой теории вытекает вполне определенный сценарий будущего мироздания.
Темная энергия может быть изучена в лаборатории
Два физика - британский и канадский - утверждают, что для измерения важнейших свойств таинственной "темной энергии", которая все последнее десятилетие буквально сводила с ума астрономов и космологов, достаточно поставить простой лабораторный эксперимент. Его можно провести с помощью хорошо известных устройств, основанных на явлении сверхпроводимости.
Изобретена телепортация нового типа и получены пятерки "спутанных" фотонов
Коллектив ученых из Китая и Австрии разработал и успешно применил метод физического эксперимента, позволяющий получать пятерки "спутанных" квантов света. Исследователям также впервые удалось осуществить квантовую телепортацию нового типа, которую они назвали телепортацией открытого назначения. Это достижение знаменует собой важный шаг на пути к созданию квантовых компьютеров.
Телепортация на атомном уровне
Ученые из Соединенных Штатов и Австрии независимо друг от друга осуществили квантовую телепортацию одиночных атомов. Принципиальная возможность подобного процесса была осознана в начале девяностых годов прошлого века. Этим эффектом очень интересуются разработчики квантовых компьютеров, которые рассчитывают использовать его в своих устройствах.
Впервые получены триплеты и квартеты спутанных световых квантов
Независимо друг от друга физики из Канады и Австрии впервые получили системы "спутанных" световых квантов, в которые объединено более двух частиц. Исследователи из Университета Торонто изготовили тройку "спутанных" фотонов, а их коллеги из Венского университета - четверку.
Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному
Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света
Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.
Бозон Хиггса потяжелел
Международный коллектив физиков, работающих на гигантском американском протон-антипротонном коллайдере "Тэватрон", заново измерил массу t-кварка, которая оказалась несколько больше ранее принятого значения. Это объясняет негативный результат экспериментов по поиску так называемого бозона Хиггса, которые в конце прошлого десятилетия проводились в ЦЕРНе.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Музыка сверххолодных атомов
Американские ученые из Университета Дьюка экспериментально наблюдали сверхтекучесть вырожденного квантового газа, образованного атомами с полуцелыми спинами. Они работали с резонансным конденсатом, созданным из атомов лития-6. Именно эту новую форму квантового конденсата несколько месяцев назад впервые получила группа Деборы Джин.
Впервые удалось получить "стадо" из частиц-индивидуалистов
Американские ученые сообщили о том, что им впервые удалось наблюдать образование так называемого "фермионного конденсата", составленного из пар атомов в охлажденном газе. В течение ряда лет существовало мнение о родственности явлений сверхпроводимости (с которой связаны фермионы) и бозе-конденсации. Теперь это может помочь в создании сверхпроводящих материалов, имеющих самое широкое практическое применение.
В лаборатории получено принципиально новое - "супертвердое" - состояние вещества
Физики из Пенсильванского университета получили принципиально новое - "супертвердое" - состояние вещества путем охлаждения гелия-4 до ультрахолодных температур. Супертвердое тело ведет себя подобно сверхтекучей жидкости (которая течет без сопротивления), но имеет все характеристики кристаллических веществ. Это означает, что теперь можно наблюдать конденсацию Бозе-Эйнштейна не только в газах и жидкостях, но и в твердых телах.
В эксперименте впервые наблюдался обратный эффект Доплера
Существование предсказанного еще в 40-х годах прошлого века так называемого обратного доплеровского эффекта было впервые подтверждено экспериментально. Британские исследователи признают, что их результаты в какой-то мере противоречат обычному здравому смыслу, однако утверждают, что все это может найти реальное применение в медицинских источниках излучения и в телекоммуникационной технике.
Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"
2500 атомов натрия охладили до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Теорию суперструн проверят экспериментально
Теорию суперструн можно проверить экспериментально, изучая последствия Большого взрыва. Такое заявление сделал американский физик Ричард Истэр. До сих пор теория суперструн подвергалась критике как малоосмысленная "философия", которая не может получить экспериментального подтверждения на нынешнем этапе развития науки. Проявить себя теория суперструн может только в случае экстремально малых расстояний и при очень высоких энергиях.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Мюоны указывают путь к невидимой вселенной
Международная группа физиков из Брукхэвенской лаборатории сообщила о том, что в экспериментах с элементарными частицами удалось обнаружить серьезные отклонения от теоретических предсказаний, даваемых Стандартной моделью. Измерялось колебание мюонов в магнитном поле. Нарушение Стандартной модели - это уже вполне ожидаемое событие, многие ученые полагают, что благодаря этому откроются горизонты новой физики элементарных частиц.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Вселенная может оказаться старше
Вселенная может оказаться примерно на миллиард лет старше своего официального возраста. К такому выводу пришли физики из Италии и ФРГ. Их выводы основаны на измерении скорости цепочки термоядерных реакций, которые обеспечивают светимость горячих и ярких звезд, масса которых как минимум в два-три раза превышает массу нашего Солнца.
Загадка солнечных нейтрино решена
Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.
Физики открыли "мятежную" субатомную частицу
На линейном ускорителе в Стэнфорде идентифицировали новую субатомную частицу Ds (2317). Эта частица представляет из себя необычный "сплав" "очарованного" кварка и "странного" антикварка. Ее масса оказалась существенно ниже, чем можно было бы ожидать. В качестве альтернативы рассматривается и такая возможность: частица могла бы быть в новом, до настоящего времени невиданном состоянии - ассоциация четырех кварков.
Новости по теме
