Universul este un loc ciudat și misterios în care materia și antimateria coexistă, dar în mod inegal. Acest dezechilibru între aceste două componente fundamentale ale materiei este una dintre marile întrebări ale fizicii moderne. Dacă Big Bang-ul a produs materie și antimaterie în cantități egale, de ce cosmosul este în mare parte format din materie? Acest puzzle care sfidează intuiția a captivat oamenii de știință de zeci de ani. Cu toate acestea, o nouă serie de descoperiri de la Large Hadron Collider (LHC) oferă noi indicii care ne-ar putea aduce mai aproape de răspuns.
Materia și antimateria sunt două forme fundamentale de materie care au proprietăți similare, dar diferă în ceea ce privește sarcinile electrice și alte caracteristici subatomice. Materia este ceea ce facem parte și ceea ce alcătuiește Universul observabil, inclusiv obiectele, planetele, stelele și tot ceea ce putem vedea sau atinge. Particulele elementare care alcătuiesc materia, cum ar fi quarcii, electronii și neutrinii, au sarcini electrice și proprietăți specifice. Antimateria, pe de altă parte, este compusă din particule numite antiparticule. Fiecare particulă de materie are o antiparticulă corespunzătoare care are proprietăți opuse. Conform teoriei Big Bang, materia și antimateria au fost create în cantități egale. Într-adevăr, în timpul Big Bang-ului, Universul era extrem de fierbinte și dens, iar tot ceea ce exista sub formă de particule subatomice (quarci, electroni, neutrini etc.) se afla într-o stare de înaltă energie. La acea vreme, legile fizicii nu făceau distincție între materie și antimaterie. Conform simetriei fizicii particulelor, pentru fiecare particulă de materie a existat o particulă de antimaterie corespunzătoare. De asemenea, știm că atunci când aceste două tipuri de particule (materie și antimaterie) se întâlnesc, se anihilează reciproc, eliberând energie. Dacă materia și antimateria ar fi fost de fapt produse în cantități identice, s-ar fi anihilat complet reciproc, lăsând un Univers gol. Cu toate acestea, observăm un cosmos compus aproape exclusiv din materie. De ce această diferență? Deocamdată nu avem răspunsul. Acest fenomen, numit asimetrie materie-antimaterie, este considerat unul dintre cele mai mari mistere din fizică.
Pentru a încerca să rezolve misterul asimetriei materie-antimaterie, oamenii de știință apelează la Large Hadron Collider (LHC), un uriaș accelerator de particule situat la granița franco-elvețiană. LHC permite particulelor subatomice să se ciocnească la viteze apropiate de cea a luminii, recreând condiții extreme similare cu cele care au existat imediat după Big Bang. Studiind rezultatele acestor ciocniri, cercetătorii speră să descopere indicii care ar putea explica de ce universul pare a fi dominat mai degrabă de materie decât de antimaterie. Unul dintre experimentele cheie efectuate la LHC se numește experimentul frumuseții. Acest experiment se concentrează pe particule speciale, compuse din așa-numitele quarci „frumusețe” (beauty) și „farmec” (charm), care sunt instabile și se descompun rapid în alte particule. Quarcii frumusețe prezintă un interes deosebit pentru oamenii de știință, deoarece le permit să studieze fenomene care încalcă simetria legilor fizice. Simetria, în fizica particulelor, înseamnă că legile care guvernează materia și antimateria ar trebui să fie identice. Acum, încălcările acestei simetrii ar putea explica de ce materia domină astăzi Universul. Observând dezintegrarea acestor particule, cercetătorii caută semne ale unei ușoare preferințe pentru materie față de antimaterie. Acesta ar putea fi un indiciu despre ceea ce a permis materiei să supraviețuiască după Big Bang, în timp ce antimateria a fost probabil anihilata împreună cu o mare parte din materie.
Rezultatele recente ale acestui experiment au scos la iveală câteva anomalii interesante. Ele au fost prezentate într-un articol publicat în Physical Review Letters. Oamenii de știință au observat că mezonii, particulele compuse din quarci și antiquarci, se dezintegrează cu viteze diferite în funcție de compoziția lor în materie sau antimaterie. Aceste diferențe sunt un semn clar al încălcării simetriei, un fenomen pe care cercetătorii îl caută de mult. În teorie, procesele care creează sau distrug particulele de materie și antimaterie ar trebui să fie simetrice, dar aceste rezultate arată că nu este cazul. Antimateria pare să se degradeze mai repede decât materia, un dezechilibru care ar putea explica dominația materiei în Univers. În plus, o altă descoperire majoră se referă la barionii de frumusețe, particule compuse din trei quarci, dintre care unul este un quarc de frumusețe. Acești barioni se descompun pentru a produce mesoni K și un barion diferit, dar ratele de dezintegrare variază în funcție de quarci sau antiquarci observați. Acest fenomen, observat pentru prima dată la LHC, confirmă teoriile preexistente și deschide noi perspective pentru înțelegerea forțelor fundamentale ale naturii.
Deși aceste descoperiri nu răspund încă la toate întrebările despre asimetria materie-antimaterie, ele reprezintă un pas important înainte. Ele demonstrează că există încălcări ale simetriei și că ar putea fi responsabile pentru diferența dintre materie și antimaterie. Aceste rezultate întăresc ideea că fizica particulelor, în special studiul quarcilor și a interacțiunilor lor, ar putea deține cheia pentru rezolvarea acestui mister cosmic. Aceste descoperiri au implicații profunde pentru înțelegerea noastră a Universului. Dacă oamenii de știință pot identifica și explica aceste încălcări ale simetriei, ar putea revoluționa viziunea noastră asupra fizicii fundamentale, aducându-ne în același timp mai aproape de a răspunde la una dintre cele mai interesante întrebări din cosmologie.
