http://grani.ru/Society/Science/m.74838.html

В эксперименте наблюдалось массовое нарушение комбинированной четности

Детектор BaBar. Фото с сайта www.sciencedaily.com 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.

04.08.2004 03:45

Алексей Левин (Вашингтон)

Полная версия

Статья