Eerste Solide Teken Dat Materie Zich Niet Gedraagt ​​Zoals Antimaterie

{h1}

Materie en antimaterie moeten er hetzelfde uitzien. Voor het eerst hebben natuurkundigen experimenteel bewijs dat ze dat niet doen.

Een van de grootste mysteries in de natuurkunde is waarom er überhaupt materie in het universum is. Deze week zou een groep fysici van 's werelds grootste atom-smasher, de Large Hadron Collider, dichter bij een antwoord kunnen komen: ze ontdekten dat deeltjes in dezelfde familie als de protonen en neutronen die bekende objecten vormen zich op een enigszins andere manier gedragen van hun antimaterie tegenhangers.

Terwijl materie en antimaterie allemaal dezelfde eigenschappen hebben, dragen antimateriedeeltjes ladingen die het tegenovergestelde zijn van die in materie. In een blok ijzer zijn de protonen bijvoorbeeld positief geladen en zijn de elektronen negatief geladen. Een blok van antimaterie-ijzer zou negatief geladen antiprotonen en positief geladen antielectrons (bekend als positronen) hebben. Als materie en antimaterie in contact komen, vernietigen ze elkaar en worden ze fotonen (of af en toe een paar lichtgewicht deeltjes zoals neutrino's). Anders dan dat, zouden een stuk materie en antimaterie zich op dezelfde manier moeten gedragen en er zelfs hetzelfde uit moeten zien - een verschijnsel dat lading-pariteit (CP) -symmetrie wordt genoemd. [De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Naast het identieke gedrag impliceert de CP-symmetrie ook dat de hoeveelheid materie en antimaterie die bij de Big Bang werd gevormd, ongeveer 13,7 miljard jaar geleden, gelijk had moeten zijn. Dat was het duidelijk niet, want als dat het geval was, dan zou alle materie en antimaterie in het universum aan het begin zijn vernietigd, en zelfs mensen zouden hier niet zijn.

Maar als er een schending van deze symmetrie zou zijn - wat betekent dat een beetje antimaterie zich zou gedragen op een manier die anders was dan de tegenhanger van de stof - zou dat verschil misschien verklaren waarom materie tegenwoordig bestaat.

Om naar deze overtreding te kijken, observeerden natuurkundigen in de Large Hadron Collider, een 17 mille lange (27 kilometer) ring onder Zwitserland en Frankrijk, een deeltje dat een lambda-b-baron werd genoemd. Baryons omvatten de klasse van deeltjes die gewone materie vormen; protonen en neutronen zijn baryonen. Baryons zijn gemaakt van quarks en antimaterie-baryons zijn gemaakt van antiquarks. Zowel quarks als antiquarks komen in zes "smaken": op, neer, boven, onder (of schoonheid), vreemd en charmant, zoals wetenschappers de verschillende variëteiten noemen. Een lambda-b is gemaakt van een opgaande, een neerwaartse en een onderste kwark. (Een proton is opgebouwd uit twee op en één neer, terwijl een neutron uit twee omlaag en één uit een quark bestaat.)

Als de lambda en zijn antimaterie-broer of zus CP-symmetrie vertonen, zouden ze naar verwachting op dezelfde manier vervallen. In plaats daarvan ontdekte het team dat de lambda-b en antilambda-b deeltjes anders vervielen. Lambdas verval op twee manieren: in een proton en twee geladen deeltjes genaamd pi-mesonen (of pionen), of in een proton en twee K-mesonen (of kaonen). Wanneer deeltjes vergaan, werpen ze hun dochterdeeltjes af met een bepaalde reeks hoeken. De materie en antimaterie lambda deden dat, maar de hoeken waren anders. [7 vreemde feiten over quarks]

Dit is niet de eerste keer dat materie en antimaterie zich anders gedragen hebben. In de jaren zestig bestudeerden wetenschappers kaonen zelf, die ook vervielen op een manier die anders was dan die van hun antimaterie. B-mesonen - die bestaan ​​uit een bottom-quark en een up-, down-, strange- of charm-quark - hebben ook vergelijkbaar 'overtredend' gedrag getoond.

Mesons zijn echter niet helemaal zoals baryons. Mesonen zijn paren van quarks en antiquarks. Baryons zijn alleen gemaakt van gewone quarks en antibaryons zijn alleen gemaakt van antiquarks. Discrepanties tussen baryon en antibaryon-verval waren nog nooit eerder waargenomen.

"Nu hebben we iets voor baryons", zei Marcin Kucharczyk, universitair hoofddocent bij het Institute of Nuclear Physics van de Poolse Academie van Wetenschappen, die meewerkte aan het LHC-experiment, vertelde WordsSideKick.com. "Toen je mesonen had waargenomen, was het niet voor de hand liggend dat het voor baryons hetzelfde was."

Hoewel ze verleidelijk waren, waren de resultaten niet helemaal solide genoeg om te tellen als een ontdekking. Voor natuurkundigen is de maatstaf voor statistische significantie, een manier om te controleren of iemands gegevens toevallig zouden kunnen gebeuren, 5 sigma. Sigma verwijst naar standaarddeviaties, en een 5 betekent dat er slechts een kans van 1 op 3,5 miljoen is dat de resultaten bij toeval zouden voorkomen. Dit experiment kreeg 3.3 sigma - goed, maar nog niet helemaal daar. (Dat wil zeggen, 3,3 sigma betekent dat er een kans van 1 op 4.200 is dat de waarneming willekeurig zou zijn gebeurd, of ongeveer een betrouwbaarheidsniveau van 99 procent.)

De bevindingen zijn geen volledig antwoord op het mysterie van waarom materie het universum domineert, zei Kucharczyk.

"Het kan de asymmetrie niet volledig verklaren," zei hij. "In de toekomst zullen we meer statistieken hebben en misschien ook voor andere baryons."

De bevindingen zijn gedetailleerd in het 30 januari nummer van het tijdschrift Nature Physics.

Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com