Fyzici v dubnu zveřejnili výsledky prvního pozorování rozdílného chování klasické hmoty a antihmoty. Za objevem jsou vědci z CERN, podíl na něm mají i Češi. Výsledek může představovat významný milník v historii částicové fyziky: rozšiřuje totiž chápání rozdílů mezi hmotou a antihmotou a otevírá vědcům nové cesty k pochopení, proč při vzniku vesmíru převládla právě hmota.
Proč je v kosmu víc hmoty než antihmoty? Nový výzkum s českým podílem slibuje pohled za standardní model
Vesmír, ve kterém člověk žije, je plný obřích kosmických záhad, na které věda zatím marně hledá odpovědi. Jednou z těch největších je složení kosmu. Už jen to, že drtivá většina hmoty je nepozorovaná a možná dokonce i z principu nepozorovatelná, je jen jednou stránkou problému. Tou další je zvláštní složení té hmoty, která se pozorovat a nějak studovat dá.
- Lidé žijí v prostoru, který je tvořený hmotou – tedy atomy. Ty ale tvoří jen asi 4,6 procenta kosmu.
- Dalších 23 procent kosmu je tvořeno takzvanou temnou hmotou.
- A drtivá většina vesmíru je pro lidstvo zcela neviditelná, 72 procent ho totiž tvoří takzvaná temná energie.
Kosmologické modely předpokládají, že při takzvaném velkém třesku se vytvořilo stejné množství hmoty i antihmoty. Jenže to neodpovídá realitě, kterou vědci vidí: drtivou většinu pozorovaného kosmu totiž tvoří právě hmota. Proč tomu tak je, by mohl pomoci odhalit právě nový objev fyziků z CERN, kteří o něm informovali na konferenci Rencontres de Moriond.
Hmota v našem světě by se měla chovat stejně jako antihmota v zrcadlovém světě. Tedy kdyby existovaly dva vesmíry, jeden plný hmoty a druhý plný antihmoty, jejich obyvatelé by nepozorovali žádné změny – prostě proto, že všechny vlastnosti obou hmot jsou úplně stejné, jen opačné. Tohle předpokládá teorie. Ale už před 60 lety zpozorovali fyzikové narušení tohoto stavu označovaného jako CP-symetrie u částic zvaných mezony, které se skládají z párů kvark-antikvark.
Narušení CP bylo poprvé pozorováno v 60. letech 20. století v Brookhavenské národní laboratoři v USA u neutrálních mezonů K. V roce 2001 experimenty v laboratoři SLAC v USA a v laboratoři KEK v Japonsku pozorovaly tento jev také u neutrálních mezonů B. Tyto objevy vedly ke dvěma Nobelovým cenám za fyziku, jedné v roce 1980 a druhé v roce 2008, které navázaly na Nobelovu cenu udělenou v roce 1957 za objev narušení parity.
V roce 2019 oznámil experiment LHCb pozorování narušení CP u mezonů D. Stejné chování tehdy předpověděli i pro druhou hlavní skupinu částic – baryony – mezi které patří i protony a neutrony tvořící atomová jádra.
Evropská organizace pro jaderný výzkum je mezinárodní organizace se sídlem v Ženevě. Je známa též pod zkratkou CERN (z franc. Conseil Européen pour la recherche nucléaire).
Byla zřízena roku 1954. Cílem organizace je spolupráce evropských států v oblasti čistě vědeckého a základního výzkumu, jakož i výzkumu s ním do značné míry souvisejícího. Organizace se nezabývá činností pro vojenské účely, výsledky jejích experimentálních a teoretických prací se zveřejňují nebo jinak zpřístupňují veřejnosti. ČR se účastní její činnosti od roku 1993.
U baryonů nebylo porušení CP dosud s jistotou pozorováno, přestože podle předpovědí Standardního modelu by se mělo vyskytovat i u těchto částic. Baryony jsou tříkvarkové částice a zahrnují protony a neutrony, které spolu s elektrony tvoří atomy, stavební kameny viditelné hmoty ve vesmíru.
Teprve až obří urychlovač LHC (Large Hadron Collider) v CERN teď poskytl dostatečné množství dat, které umožnilo potvrdit tato očekávání.
Narušená symetrie otevírá vědu novým možnostem
„Nový objev vědců z experimentu LHCb otevírá dveře pro další teoretické a experimentální studie povahy narušení CP-symetrie, které nám mohou ukázat cestu, kde za hranicemi Standardního modelu hledat novou fyziku,“ vysvětluje fyzik Tomáš Jakoubek z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR. Tomuto oboru se věnuje v CERN už 15 let a nedávno se připojil také k experimentu LHCb.
Všechny známé částice, jejich chování a vzájemné interakce popisuje Standardní model fyziky elementárních částic. Je základem, se kterým pracuje drtivá většina moderní fyziky – nabízí totiž nejen popis, který dává smysl, ale hlavně se na jeho základě dají předpovídat i doposud neobjevené jevy nebo částice.
„I přes veškerý úspěch tohoto modelu a jeho prediktivní sílu (například předpověď Higgsova bosonu) se nejedná o dokonalou teorii. Mimo jiné nepopisuje gravitaci, nedokáže vysvětlit temnou hmotu a temnou energii, a ačkoli předpovídá narušení CP-symetrie, tak v mnohem menším rozsahu, než je zapotřebí pro vysvětlení pozorované asymetrie ve vesmíru,“ doplňuje fyzik.
„Kvůli těmto a dalším nedostatkům fyzikové věří, že Standardní model bude časem rozšířen nebo nahrazen lepší teorií, stejně jako byla nakonec newtonovská mechanika nahrazena Einsteinovou obecnou teorií relativity,“ dodává Jakoubek.
