Mengapa kita wujud? Ini mungkin persoalan terdalam yang mungkin kelihatan benar-benar di luar ruang lingkup fizik zarah. Tetapi percubaan baru kami di Large Hadron Collider di CERN telah membawa kita lebih dekat dengan jawapannya. Untuk memahami mengapa kami wujud, pertama anda perlu pergi 13.8 bilion tahun yang lalu, pada zaman Big Bang. Acara ini menghasilkan jumlah bahan yang sama dengan kita dan antimateri.
Dipercayai bahawa setiap zarah mempunyai pasangan antimateri, yang hampir sama dengannya, tetapi mempunyai muatan yang berlawanan. Apabila zarah dan antipartikelnya bertemu, mereka memusnahkan - hilang dalam sekejap cahaya.
Di mana semua antimateri?
Mengapa alam semesta yang kita lihat terdiri daripada jirim adalah salah satu misteri terbesar fizik moden. Sekiranya terdapat jumlah antimateri yang sama, segala sesuatu di alam semesta akan musnah. Oleh itu, kajian yang baru diterbitkan nampaknya menemui sumber asimetri baru antara bahan dan antimateri.
Arthur Schuster adalah orang pertama yang membicarakan antimateri pada tahun 1896, kemudian pada tahun 1928 Paul Dirac memberikan dasar teori, dan pada tahun 1932 Karl Anderson menemukannya dalam bentuk anti-elektron, yang disebut positron. Positron dilahirkan dalam proses radioaktif semula jadi, seperti kerosakan kalium-40. Ini bermaksud pisang biasa (mengandung kalium) mengeluarkan positron setiap 75 minit. Ia kemudian memusnahkan dengan elektron dalam bahan, menghasilkan cahaya. Aplikasi perubatan seperti pengimbas PET juga menghasilkan antimateri dalam proses yang serupa.
Bahan binaan utama zat yang terdiri atom adalah zarah unsur - quark dan lepton. Terdapat enam jenis quark: atas, bawah, aneh, terpesona, benar, dan cantik. Begitu juga, terdapat enam lepton: elektron, muon, tau, dan tiga jenis neutrino. Terdapat juga salinan antimaterial dari dua belas zarah ini, yang hanya berbeza dengan casnya.
Zarah antimateri, pada asasnya, mestilah gambar cermin satelit yang normal. Tetapi percubaan menunjukkan bahawa ini tidak selalu berlaku. Contohnya, ambil partikel yang dikenali sebagai meson, yang terdiri daripada satu quark dan satu antiquark. Mesion netral mempunyai ciri yang luar biasa: mereka secara spontan dapat berubah menjadi anti-meson dan sebaliknya. Dalam proses ini, quark berubah menjadi antiquark atau antiquark berubah menjadi quark. Walau bagaimanapun, eksperimen menunjukkan bahawa ini boleh berlaku lebih sering dalam satu arah daripada yang lain - akibatnya terdapat lebih banyak masalah dari masa ke masa daripada antimateri.
Video promosi:
Kali ketiga adalah ajaib
Antara zarah yang mengandungi quark, seperti simetri hanya terdapat pada quark yang aneh dan indah - dan penemuan ini menjadi sangat penting. Pemerhatian asimetri pertama yang melibatkan zarah-zarah aneh pada tahun 1964 membolehkan ahli teori meramalkan kewujudan enam kuark - pada masa ketika hanya tiga yang diketahui wujud. Penemuan asimetri pada zarah-zarah indah pada tahun 2001 adalah pengesahan terakhir mekanisme yang membawa kepada gambaran enam-quark. Kedua-dua penemuan tersebut memperoleh Hadiah Nobel.
Kedua-dua quark pelik dan cantik itu membawa cas elektrik negatif. Satu-satunya quark bermuatan positif yang, secara teori, dapat membentuk zarah yang dapat menunjukkan asimetri jirim dan antimateri adalah yang terpesona. Teorinya menunjukkan bahawa dia melakukan ini, kesannya semestinya tidak signifikan dan sukar dicari.
Tetapi eksperimen LHCb di Large Hadron Collider dapat melihat asimetri seperti dalam zarah-zarah yang disebut D meson, yang terdiri daripada quark terpesona - untuk pertama kalinya. Ini dimungkinkan oleh jumlah zarah terpesona yang belum pernah terjadi sebelumnya yang dihasilkan secara langsung dalam perlanggaran di LHC. Hasilnya menunjukkan bahawa kebarangkalian bahawa ini adalah turun naik statistik adalah 50 per bilion.
Sekiranya asimetri ini tidak dilahirkan dari mekanisme yang sama yang membawa kepada asimetri quark yang aneh dan indah, ada ruang untuk sumber asimetri baru materi-antimateri, yang dapat menambah asimetri umum yang ada di Alam Semesta. Dan ini penting, kerana beberapa kes asimetri yang diketahui tidak dapat menjelaskan mengapa terdapat banyak perkara di alam semesta. Penemuan quark pesona sahaja tidak akan mencukupi untuk mengisi masalah ini, tetapi ini adalah bahagian penting dari teka-teki dalam memahami interaksi zarah asas.
Langkah seterusnya
Penemuan ini akan diikuti oleh peningkatan jumlah karya teori yang membantu dalam penafsiran hasilnya. Tetapi yang lebih penting lagi, dia akan menggariskan ujian lebih lanjut untuk memperdalam pemahaman kita mengenai penemuan kita - dan beberapa ujian tersebut sudah berjalan.
Dalam dekad yang akan datang, eksperimen LHCb yang ditingkatkan akan meningkatkan kepekaan pengukuran tersebut. Ia akan dilengkapi dengan percubaan Belle II di Jepun, yang baru saja bermula.
Antimateri juga merupakan pusat beberapa eksperimen lain. Keseluruhan antiatom dihasilkan di Antiproton Moderator CERN, dan mereka menyediakan pelbagai eksperimen pengukuran yang sangat tepat. Eksperimen AMS-2 di atas Stesen Angkasa Antarabangsa sedang mencari antimateri yang berasal dari angkasa. Sejumlah eksperimen semasa dan masa depan akan dikhaskan untuk persoalan sama ada terdapat asimetri jirim-antimateri di antara neutrino.
Walaupun kami masih belum dapat membongkar sepenuhnya misteri asimetri jirim dan antimateri, penemuan terbaru kami membuka pintu kepada era pengukuran tepat yang dapat mengungkapkan fenomena yang belum diketahui. Terdapat setiap alasan untuk mempercayai bahawa suatu hari ahli fizik akan dapat menjelaskan mengapa kita berada di sini sama sekali.
Ilya Khel
