Cern Colliderは、反物質に対する宇宙の偏見の大きな手がかりを明らかにします

宇宙は反物質ではなく、主に物質で作られていますが、科学者はビッグバンの後、両方とも同じ量で存在していたに違いないと考えています。物理学の大きな謎の1つは、なぜ問題が今日の宇宙を支配する理由と、すべての反物質に何が起こったのかを理解することです。重要な手がかりは、CP違反と呼ばれるもの、つまり物質と反物質の行動の違いから生じます。中間子と呼ばれる特定のタイプの粒子でCP違反が観察されていますが、バリオンでは報告されていません。バリオンは、私たちの周りのほとんどの問題を構成する粒子（陽子や中性子など）です。新しいデータに基づいて、ヨーロッパでのLHCBコラボレーションは、バリオンの減衰、特にλb⁰バリオンと呼ばれる粒子（「ラムダビーゼロバリオン」と呼ばれる粒子でのCP違反の初めての観察を報告しています。彼らの調査結果はで公開されました 自然 7月16日。「初めて、バリオンズでのCP違反の明確な証拠があります」と、研究の対応する著者、LHCBチームのメンバー、北京の北京大学の博士課程学生であるXueting Yang氏は語った。 ヒンズー教徒。 「宇宙における物質反対派の非対称性には、バリオンでのCP違反が必要であるため、発見は重要な一歩です。」信号を探していますCPでは、「C」は電荷の共役の略です。これは、粒子をその反粒子と交換する作用を意味します。 「P」はパリティの略です。これは、鏡を見るような空間座標をひっくり返す作用です。 CP対称性により、粒子を反粒子に交換し、鏡を見ると、物理学の法則が同じでなければならないと規定されています。したがって、CP違反は、この対称性が破られ、物理学の法則が物質と反物質の場合にわずかに異なることを意味します。これは重要です。なぜなら、CP違反は、なぜ宇宙が物質で作られているのかを説明するために必要な要素であるからです。λb⁰バリオンは、3つの小さな粒子、アップクォーク、ダウンクォーク、底部のクォークで構成されています。 λb⁰バリオンの反粒子はλb⁰-barと呼ばれます。新たに報告された結果は、λb⁰バリオンの特定の崩壊に焦点を当てています。陽子、マイナスに帯電したカオン、積極的に帯電したパイオン、そして負に帯電したパイオンです。これは、次のことを示しています：λb⁰→pk⁻π⁺π⁻。このコラボレーションは、反粒子であるλb⁰-barについても同じ減衰を研究しましたが、すべての料金が逆転しました。この実験では、特にマシン上のLHCB検出器から、CERNの大型Hadron Colliderからのデータを使用しました。LHCBチームは、2011年から2018年の間にデータを収集しました。これは、光の速度まで加速されるプロトンの梁間の非常に多くの衝突に対応しています。これらの衝突では、λb⁰およびλb⁰-barバリオンが生成され、その後急速に崩壊します。 LHCBの研究者は、減衰生成物がpk⁻π⁺π⁻と一致するイベントを探しました。バックグラウンドノイズを減らすために、信号を模倣する粒子のランダムな組み合わせの形で - 機械学習を使用して、実際のデケーと偽物の減少を区別しました。また、コンピューターに粒子識別ツールを使用して、プロトン、カオン、パイオンを引き離すことができました。彼らが測定した主な量は、CPの非対称性でした。 λb⁰減衰の数を比較しますλbbar減衰の数：CP違反がない場合、CP非対称性の値はゼロでなければなりません。実際には、彼らは収量の非対称性を測定しました。これは、λb⁰およびλb⁰-barで観察される減衰の数の違いです。CP違反を模倣できる効果がいくつかあります。たとえば、プロトンプロトンの衝突は、そもそもλbbarよりも多くのλb⁰を生成する可能性があります。別の場合、大きなハドロンコライダーのLHCB検出器は、ある充電を別の充電よりも検出するのに少し優れている可能性があります。これらの可能なバイアスを修正するために、研究者はコントロールチャネルを使用しました。これは、CP違反が予想されない同様の減衰です。ここでは、λb⁰バリオンが積極的に帯電したλCバリオンに減少し、負に帯電したパイオン：λb⁰→λc⁺π⁻。このコントロールチャネルで見られる非対称性は、迷惑と見なされ、メイン測定から差し引かれました。 大規模なハドロンコリダーは、世界最大の最も強力な粒子加速器です。それは、27 kmの地下リングの周りの反対方向の光の速度に近い粒子、主に陽子を加速します。その後、粒子は4つの場所で衝突するように作られます。そこでは、衝突中に何が起こるかについてのデータを大規模な検出器を収集します。 |写真クレジット：CERN メソン、その後バリオン研究者は、統計的手法を使用して、記録された検出器を減衰させる実際のλb⁰バリオンとλbbar反粒子の数を決定しました。次に、さまざまなデータテイク期間、検出器設定、分析方法にわたる一貫性について結果を確認しました。したがって、チームは減衰率に大きな違いを発見しました：約2.45％。論文によると、この結果はゼロから離れた5.2標準偏差であり、これは物理学者が粒子物理学の発見を主張するために必要な統計的しきい値を大きく上回っています。「LHCBグループに十分なデータがあると予想されていました。彼らは今それを報告しています」とハワイ大学のアフィリエイト大学院教員、チェンナイの数学科学研究所を引退した理論物理学者は、ラフル・シンハに語りました。 ヒンズー教徒。Baryon DecaysでCP違反が観察されたのはこれが初めてです。以前は、物理学者は、3つのクォーターで作られたバリオンではなく、クォークとアンティークで作られたメソン、粒子のみでCP違反を報告していました。結果は、標準モデルの予測である粒子物理学の主な理論と一致します。これは、CP違反がクォークの混合と崩壊の方法から生じると述べています。ただし、標準モデルでのCP違反の量は、宇宙の問題の不均衡を説明するのに十分ではありません。「バリオンでのCP違反の観察は、宇宙の行方不明の反物質の謎をまだ解決していない」とシンハ教授は言った。 「標準モデルは、宇宙で見ているものと一致しない反物質の消失率を予測しています。」この新しい発表は、「新しい物理学」を検索する新しい方法、モデルが予測するものを超えたこれまで未知の効果または粒子の名前、および物理学者が亜原子粒子の「完全な」理論を明らかにすると信じているものを開きます。フェーズに注意してくださいシンハ教授によると、新しい論文はバリオンでのCP違反を観察していると報告していますが、違反の量が標準モデルによって予測されたものよりも高いか低いかは述べていません。それを確認すると、研究者が複雑な相を決定する必要があります。CP違反のコンテキストでは、複雑な相は、カビボ - コバヤシマスカワ（CKM）マトリックスに存在する変数の組み合わせであり、物理学者がバリオンの採石場がどのように相互作用するかを理解するために数学的なツールを使用します。複雑な位相がゼロ以外の値を持っている場合、物理学の法則が物質や反物質について同一ではなく、行動に観察可能な違いにつながることを意味します。標準モデルは、CKMマトリックスの変数の大きさと位相によって決定されるCP違反の量に対して特定の値を予測します。バリオンの減衰におけるCP違反に関連するフェーズを測定することにより、物理学者は観察された違反の量を標準モデルの予測と比較できます。彼らの論文では、LHCBの研究者は、複雑な位相情報が検出器によって収集されたデータから抽出するのが難しすぎることが判明したことを報告しています。「フェーズを測定するまで、反物質の消失の速度がモデルの予測に比べて高すぎるか低すぎるかどうかはわかりません」とシンハ教授は言いました。メソンの位相を測定するのと同じ手法は、バリオンには使用できません。この目的のために、シンハ教授は2022年に、彼と彼の仲間であるシバシス・ロイとngデシュパンデが、バリオンの複雑な相を測定する新しい方法について説明したと付け加えました。で公開されました 物理的なレビューレター。バリオンズでのCP違反を観察することは重要です。なぜなら、今日の私たちの周りの目に見える問題はバリオンで作られているからです。プロトンや中性子のようなバリオンの中には、非常に安定しており、長い間腐敗しません。 λb⁰のような他のものは、約1.5ピコ秒で減衰します。ポイントは、1つのバリオンに当てはまることは、すべてのバリオンに当てはまるはずです。「非対称性の問題を明確に解決するには、実験的および理論的進歩の両方が必要です」とヤン博士は言いました。「実験的には、CP違反の一貫した一貫した画像を構築するには、さまざまな粒子システムにわたるより正確で包括的な測定が必要です。理論的には、これらの実験的観察と洗練されたモデルを改善することが不可欠です。サハロフの状態物質はどのようにして宇宙の反物質に対して圧倒的な優位を獲得しましたか？ BaryonsでのCP違反は、このパズルの重要な部分ですが、1つのピースのみでもあります。1967年、ソビエトの物理学者であり、その後の政治的反体制派のアンドレイ・サハロフは、宇宙が主に問題だけで作られるには、3つの条件を満たさなければならないと述べた。彼らです：（i）バリオン数違反：バリオンの数と抗菌数の数との間に不均衡を生み出す物理的プロセスが存在する必要があります。（ii）バリオンのCP違反（iii）熱平衡からの逸脱：プロセスがバリオンと抗菌産生のバランスをとるのを防ぐために、相互作用は平衡から発生する必要があります。Baryon DecaysでのCP違反の観察は、メソン間のCP違反を増加させる「ソース」を提供します。メソンの違反の複雑な段階は測定されていますが、バリオンの違反は測定されています。後者が知られていると、物理学者はそれを標準モデルによって予測されたものと比較することができます。それらが一致した場合、それは標準モデルが正しいことを意味しますが、同時に、予測される物質と態度の非対称性と宇宙で観察されたものとの間にギャップを残します。値が一致しない場合、それは「新しい物理学」の兆候である可能性があり、物理学者は新しい理論と実験を使用して説明する必要があります。全体として、新たに報告された観察は、物理学の法則がメソンだけでなく、目に見える宇宙のビルディングブロックであるバリオンでも物質と反物質を異なる方法で扱うことを示すマイルストーンです。 #Cern #Colliderは反物質に対する宇宙の偏見の大きな手がかりを明らかにします