De ce exista un Univers compus din materie? Enigma aceasta nu are inca un raspuns si s-ar putea ca acesta sa ne poarte spre o noua fizica – cea „dincolo” de Modelul Standard. Un nou rezultat obtinut de experimentul LHCb la CERN, care studiaza mezonii B, arata ca intr-adevar avem nevoie de o fizica noua.

Actualul nostru model cosmologic, cel care ne spune cum s-a nascut si a evoluat Universul – porneste cu un Big Bang, care a dat nastere unei cantitati egale de materie si antimaterie. Adica o simetrie initiala perfecta intre particule si antiparticule. De exemplu, pentru orice electron exista un pozitron (pozitronul este antiparticula electronului).

Cum materia si antimateria se anihilieaza, lasand in urma fotoni, noi astazi nu ar trebui sa existam. Universul ar fi un Univers de lumina, fara materie insa – fara galaxii, fara planete, fara…noi. Faptul ca noi existam si ca Universul pe care-l vedem la ora actuala exista, 13.8 miliarde de ani dupa Big Bang, inseamna ca ceva s-a intimplat in trecutul Universului – un proces care a ucis antimateria si a lasat in urma doar materia.

In fizica acest proces ar fi legat de o asimetrie pe care cercetatorii au identificat-o in asa numita asimetrie CP. Ce anume inseamna aceasta? Daca un proces care are loc intre particule este studiat schimband particulele cu antiparticule (C ) si in „oglinda” (P) (adica schimband pozitia particulelor initiale cu cea a unui proces vazut in oglinda) atunci se pot observa diferente, cel putin pentru anumite particule. Astfel de diferente au fost masurate pentru particule precum kaonii, ce fac parte din categoria particulelor compuse din cuarci, unul dintre acestia fiind un cuarc straniu (strangeness).

Daca insa masuram cantitatea de asimetrie CP observata pana la ora actuala aceasta nu ajunge sa explice disparitia totala a antimateriei din Univers. Ceea ce inseamna ca ori exista particule pentru care asimetria este mult mai mare – insa pana in prezent nu au fost masurate, ori este nevoie de o noua fizica, dincolo de Modelul Standard al fizicii particulelor elementare.

Recent, experimentul LHCb de la marele accelerator de particule de la CERN, Geneva, a masurat eventual asimetrii pentro o noua tipologie de particule. LHHb este unul dintre cele patru mari experimente de la acceleratorul LHC de la CERN si unul dintre principalele obiective ale experimentului este de a contribui la dezlegarea misterului disparitiei antimateriei din Univers.

Ce anume a studiat deci LHCb? S-a concentrat asupra studiului diferentei – extrem de mici – intre modul in care se dezintegreaza mezonii B+ si B-. B sunt mezoni – adica particule compuse dintr-un cuarc si un anticuarc. B+ contine un cuarc u (up) si un anticuarc b (bottom), iar B- un anticuarc u si un cuarc b. Cuarcul b este un cuarc cu masa mare – mult mai mare decat cea a cuarcului u – practic cantareste mai mult decat patru protoni pusi impreuna (adica un nucleu de heliu).

Acesti mezoni sunt produsi la LHC in urma interactiunii dintre fasciculele de protoni care se ciocnesc intre ele cu energii foarte mari.

In urma acestui studiu, LHCb a ajuns la concluzia ca modul in care se dezintegreaza acesti mezoni B este compatibil cu ceea ce prevede Modelul Standard – nu au fost descoperite diferente intre teorie si experiment. Rezultatele studiului au fost publicate recent in arXiv si trimise spre publicatie intr-o revista internationala.

Misterul deci ramane: asimetria masurata pana in prezent intre materie si antimaterie nu explica disparitia completa a antimateriei din Univers. S-ar putea sa existe particule care sa aiba o asimetrie importanta – precum neutrinii – este insa dificil de masurat aceste procese, insa mai multe experimente actuale si in viitor vor incerca sa verifice daca asa stau lucrurile. Alternativa este o noua fizica – dincolo de Modelul Standard – cu noi procese si noi particule care sa ne spuna cum de am supravietuit si nu am fost anihilati imediat dupa Big Bang in coliziunea dintre antimaterie si materie.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro