Vědci z Fermilabu našli zřetelný projev asymetrie mezi hmotou a antihmotou

Batavia, IL : Vědci z mezinárodní kolaborace D0 z Fermiho národní urychlovačové laboratoře provozované americkým ministerstvem pro energetiku (Department of Energy) v pátek 14.5.2010 oznámili, že nalezli důkaz výrazného narušení symetrie mezi hmotou a antihmotou v chování částic obsahujících b kvark, jež přesahuje efekt očekávaný současnou teorii, tzv. Standardním modelem částicové fyziky. Nový výsledek, který byl zaslán k publikaci do časopisu Physics Review D mezinárodní kolaborací čítající 500 fyziků, naznačuje 1% rozdíl mezi produkcí párů mionů a párů antimionů v rozpadech B mesonů produkovaných ve vysoko energetických srážkách na urychlovači Tevatron ve Fermilabu.

Převaha hmoty nad antihmotou, kterou ve vesmíru pozorujeme, je možná jen pokud existuje rozdíl mezi chováním částic a jejich antičástic. Ačkoli fyzici pozorují tyto rozdíly (tzv. CP narušení) již několik desítek let, tyto známé efekty jsou příliš malé na to, aby dokázaly vysvětlit převahu hmoty ve vesmíru a jsou v souladu se současnou teorií, tzv. Standardním modelem elementárních částic. Pokud bude tento výsledek potvrzen dalšími pozorováními, může jev pozorovaný fyziky z D0, jenž ukazuje na jevy jdoucí za naše současné znalosti, znamenat další krok k pochopení převahy hmoty nad antihmotou

Využitím unikátních vlastností detektoru a nově vyvinutých analyzačních metod vědci z D0 dokázali, že pravděpodobnost souhlasu tohoto měření s jakýmkoliv dnes známým efektem je 0,1% (3,2 standardní odchylky).

“Tento nový výsledek poskytuje důkaz odchylky od současné teorie v rozpadech B mesonů, v souhlasu s předchozími náznaky”, řekl Dmitri Denisov, jeden z mluvčích D0 experimentu., jednoho ze dvou experimentů na urychlovači Tevatron. Minulý rok, fyzici obou experimentů (D0 a CDF), pozorovali tyto náznaky při studiu vlastností částic obsahujících b kvark a s kvark.

Když se při vysokých energiích sráží částice hmoty a antihmoty, mění se v energii a vytváří nové částice a antičástice. Na urychlovači protonů a antiprotonů ve Fermilabu pozorují vědci stovky milionů srážek denně. Podobné procesy při vzniku vesmíru nám měly zanechat stejné množství hmoty a antihmoty. Svět kolem nás je ale tvořen pouze hmotou a antihmota vzniká jen na urychlovačích, v jaderných reakcích nebo v kosmickém záření. “Co se stalo s antihmotou?” je jedna z klíčových otázek částicové fyziky 21. století.

K dosažení nového výsledku fyzici z D0 použili metodu skrytí dat (blind analysis), aby se vyhnuli ovlivnění výsledku v souvislosti s tím, co pozorují. Teprve po pečlivé kontrole všech kroků analýzy se podívali na celý soubor dat. Experiment při nabírání dat měnil polaritu magnetického pole, aby se omezil vliv detektorových efektů.

“Mnohým z nás naskočila husí kůže, když jsme viděli výsledek”, řekl Stefan Soldner-Rembold, druhý mluvčí D0 kolaborace. “Věděli jsme, že vidíme něco, co jsme ještě neviděli, něco za hranicemi toho, co dokáží současné teorie popsat”.

Přesnost současného výsledku je stále omezena množstvím zaznamenaných srážek. Oba experimenty (CDF a D0) proto pokračují v nabírání dat a ve vylepšování analyzačních technik, aby mohli zodpovědět tuto i mnoho jiných fundamentálních otázek.

“Urychlovač Tevatron pracuje velmi dobře a poskytuje vědcům ve Fermilabu obrovské množství dat z vysokoenergetických srážek k odhalování největších tajemství přírody. Tento výsledek potvrzuje důležitost a vědecký potenciál fyzikálního programu Tevatronu”, řekl Dennis Kovar, zástupce ředitele pro fyziku vysokých energií v oddělení DOE pro vědu.

Výsledek z D0 je založen na vzorku dat nabraném za posledních 8 let běhu experimentu a celková nabraná luminosita 6 fb-1 (inverzní femtobarn) odpovídá stovkám bilionů srážek mezi protony a antiprotony v urychlovači Tevatron.

“Experimenty na Tevatronu studují vysokoenergetické srážky z různých pohledů, od Higgsova bosonu, přes přesné měření vlastností elementárních částic až k hledání nových dosud nepoznaných zákonitostí přírody. Jsem nadšen, že vidím další vynikající výsledek z Tevatronu”, prohlásil ředitel Fermilabu Pier Oddone.

D0 je mezinárodní kolaborací čítající asi 500 fyziků z 86 institucí z 19 zemí. Je podporován americkým ministerstvem pro energetiku (DOE), národní nadací pro vědu (NSF) a řadou mezinárodních grantových agentur.

Fermilab je národní laboratoří finančně podporovanou Oddělením pro vědu amerického ministerstva pro energetiku a provozovanou společností Fermi Research Alliance, LLC.

Experimentu D0 se účastní i čeští fyzici z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR, v. v. i., fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT a matematicko-fyzikální fakulty University Karlovy v Praze.

Fermilab: tisková zpráva.