De ce există un Univers compus din materie? Enigma aceasta nu are încă un răspuns şi s-ar putea ca acesta să ne poarte spre o nouă fizică – cea „dincolo” de Modelul Standard. Un nou rezultat obţinut de experimentul LHCb la CERN, care studiază mezonii B, arată că într-adevăr avem nevoie de o fizică nouă.

Actualul nostru model cosmologic, cel care ne spune cum s-a născut şi a evoluat Universul – porneşte cu un Big Bang, care a dat naştere unei cantităţi egale de materie şi antimaterie. Adică o simetrie iniţială perfectă între particule şi antiparticule. De exemplu, pentru orice electron există un pozitron (pozitronul este antiparticula electronului). Cum materia şi antimateria se anihiliează, lăsând în urmă fotoni, noi astăzi nu ar trebui să existăm. Universul ar fi un Univers de lumină, fără  materie însă – fără galaxii, fără planete, fără… noi. Faptul că noi existăm şi că Universul pe care-l vedem la ora actuală există, 13,8 miliarde de ani după Big Bang, înseamnă că ceva s-a întâmplat în trecutul Universului – un proces care a ucis antimateria şi a lăsat în urmă doar materia.

În fizică acest proces ar fi legat de o asimetrie pe care cercetătorii au identificat-o în aşa numita asimetrie CP. Ce anume înseamnă aceasta? Dacă un proces care are loc între particule este studiat schimbând particulele cu antiparticule (C ) şi în „oglindă” (P) (adică schimbând poziţia particulelor iniţiale cu cea a unui proces văzut în oglindă) atunci se pot observa diferenţe, cel puţin pentru anumite particule. Astfel de diferenţe au fost măsurate pentru particule precum kaonii, ce fac parte din categoria particulelor compuse din cuarci, unul dintre aceştia fiind un cuarc straniu (strangeness).

Dacă însă măsurăm cantitatea de asimetrie CP observată până la ora actuală aceasta nu ajunge să explice dispariţia totală a antimateriei din Univers. Ceea ce înseamnă că ori există particule pentru care asimetria este mult mai mare – însă până în prezent nu au fost măsurate, ori este nevoie de o nouă fizică, dincolo de Modelul Standard al fizicii particulelor elementare.

Recent, experimentul LHCb de la marele accelerator de particule de la CERN, Geneva, a măsurat eventual asimetrii pentro o nouă tipologie de particule. LHHb este unul dintre cele patru mari experimente de la acceleratorul LHC de la CERN şi unul dintre principalele obiective ale experimentului este de a contribui la dezlegarea misterului dispariţiei antimateriei din Univers.

Ce anume a studiat deci LHCb? S-a concentrat asupra studiului diferenţei – extrem de mici – între modul în care se dezintegrează mezonii B+ şi B-. B sunt mezoni – adică particule compuse dintr-un cuarc şi un anticuarc. B+ conţine un cuarc u (up) şi un anticuarc b (bottom), iar B- un anticuarc u şi un cuarc b. Cuarcul b este un cuarc cu masă mare – mult mai mare decât cea a cuarcului u – practic cântăreşte mai mult decât patru protoni puşi împreună (adică un nucleu de heliu).

Aceşti mezoni sunt produşi la LHC în urma interacţiunii dintre fasciculele de protoni care se ciocnesc între ele cu energii foarte mari.

În urma acestui studiu, LHCb a ajuns la concluzia că modul în care se dezintegrează aceşti mezoni B este compatibil cu ceea ce prevede Modelul Standard – nu au fost descoperite diferenţe între teorie şi experiment. Rezultatele studiului au fost publicate recent în arXiv şi trimise spre publicaţie într-o revistă internaţională.

Misterul deci rămâne: asimetria măsurată până în prezent între materie şi antimaterie nu explică dispariţia completă a antimateriei din Univers. S-ar putea să existe particule care să aibă o asimetrie importantă – precum neutrinii – este însă dificil de măsurat aceste procese, însă mai multe experimente actuale şi în viitor vor încerca să verifice dacă aşa stau lucrurile. Alternativa este o nouă fizică – dincolo de Modelul Standard – cu noi procese şi noi particule care să ne spună cum de am supravieţuit  şi nu am fost anihilaţi imediat după Big Bang în coliziunea dintre antimaterie şi materie.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]