In the very early σύμπαν, soon after the Big Bang, the ‘ύλη’ and the ‘antimatter’ both existed in equal amount. However, for the reasons unknown so far, the ‘ύλη‘ dominates the present σύμπαν. The T2K researchers have recently shown occurrence of a possible Charge-Parity violation in neutrino and the corresponding anti-neutrino oscillations. This is a step forward in understanding why ύλη κυριαρχεί το σύμπαν.
Η Μεγάλη Έκρηξη (η οποία συνέβη πριν από περίπου 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια) και άλλες σχετικές θεωρίες της φυσικής υποδηλώνουν ότι η πρώιμη σύμπαν ήταν «κυρίαρχη» η ακτινοβολία και η «ύλη' και το 'αντιύληΥπήρχε ισόποσα.
Αλλά η σύμπαν that we know today is ‘matter’ dominant. Why? This is one of the most intriguing mysteries of σύμπαν. (1).
Η σύμπαν που ξέρουμε ότι σήμερα ξεκίνησε με ίσες ποσότητες «ύλης» και «αντιύλης», και τα δύο δημιουργήθηκαν σε ζεύγη όπως θα απαιτούσε ο νόμος της φύσης και στη συνέχεια εκμηδενίστηκαν παράγοντας επανειλημμένα ακτινοβολία γνωστή ως «κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου». Μέσα σε περίπου 100 μικροδευτερόλεπτα από τη Μεγάλη Έκρηξη η ύλη (σωματίδια) άρχισε κατά κάποιο τρόπο να υπερτερεί του αντισωματιδίου κατά ένα ας πούμε σε κάθε δισεκατομμύριο και μέσα σε δευτερόλεπτα όλη η αντιύλη καταστράφηκε, αφήνοντας πίσω μόνο την ύλη.
Ποια είναι η διαδικασία ή ο μηχανισμός που θα δημιουργούσε αυτό το είδος διαφοράς ή ασυμμετρίας μεταξύ της ύλης και της αντιύλης;
In 1967, the Russian theoretical physicist Andrei Sakharov postulated three conditions necessary for an imbalance (or production of matter and antimatter at different rates) to occur in the σύμπαν. First Sakharov condition is the baryon number (a quantum number that remains conserved in an interaction) violation. It means that protons decayed extremely slowly into lighter subatomic particles like a neutral pion and a positron. Similarly, an antiproton decayed into a pion and an electron. Second condition is the violation of charge conjugation symmetry, C, and charge conjugation-parity symmetry, CP also called Charge-Parity violation. Third condition is that the process that generates baryon-asymmetry must not be in thermal equilibrium due to rapid expansion decreasing the occurrence of pair-annihilation.
Είναι το δεύτερο κριτήριο παραβίασης του CP του Ζαχάρωφ, το οποίο είναι ένα παράδειγμα ενός είδους ασυμμετρίας μεταξύ των σωματιδίων και των αντισωματιδίων τους που περιγράφει τον τρόπο διάσπασής τους. Συγκρίνοντας τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται τα σωματίδια και τα αντισωματίδια, δηλαδή τον τρόπο με τον οποίο κινούνται, αλληλεπιδρούν και αποσυντίθενται, οι επιστήμονες μπορούν να βρουν στοιχεία αυτής της ασυμμετρίας. Η παραβίαση CP παρέχει απόδειξη ότι ορισμένες άγνωστες φυσικές διεργασίες είναι υπεύθυνες για τη διαφορική παραγωγή ύλης και αντιύλης.
Οι ηλεκτρομαγνητικές και οι «ισχυρές αλληλεπιδράσεις» είναι γνωστό ότι είναι συμμετρικές κάτω από το C και το P, και κατά συνέπεια είναι επίσης συμμετρικές κάτω από το γινόμενο CP (3). ''Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει απαραίτητα για την "αδύναμη αλληλεπίδραση", η οποία παραβιάζει και τις δύο συμμετρίες C και P." says Prof. B.A. Robson. He further says that “the violation of CP in weak interactions implies that such physical processes could lead to indirect violation of baryon number so that matter creation would be preferred over antimatter creation’’. Non-quark particles do not show any CP violations whereas the CP violation in quarks are too small and are insignificant to have a difference in matter and antimatter creation. So, the CP violation in leptons (νετρίνα) become important and if it is proved then it would answer why the σύμπαν is matter dominant.
Αν και η παραβίαση της συμμετρίας CP δεν έχει ακόμη αποδειχθεί οριστικά (1), αλλά τα ευρήματα που αναφέρθηκαν από την ομάδα T2K πρόσφατα δείχνουν ότι οι επιστήμονες είναι πολύ κοντά σε αυτήν. Έχει αποδειχθεί για πρώτη φορά ότι η μετάβαση από σωματίδιο σε ηλεκτρόνιο και νετρίνο ευνοείται έναντι της μετάβασης από αντισωματίδιο σε ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο, μέσω εξαιρετικά εξελιγμένων πειραμάτων στο T2K (Tokai σε Kamioka) (2). Το T2K αναφέρεται σε ένα ζευγάρι εργαστηρίων, το Ιαπωνικό Ερευνητικό Σύμπλεγμα Επιταχυντή Πρωτονίων (J-Parc) στο Τόκαϊ και το υπόγειο παρατηρητήριο νετρίνων Super-Kamiokande στο Καμιόκα, Ιαπωνία, που χωρίζονται από περίπου 300 χλμ. Ο επιταχυντής πρωτονίων στο Tokai παρήγαγε τα σωματίδια και τα αντισωματίδια από συγκρούσεις υψηλής ενέργειας και οι ανιχνευτές στο Kamioka παρατήρησαν τα νετρίνα και τα αντίστοιχα της αντιύλης, τα αντινετρίνα κάνοντας πολύ ακριβείς μετρήσεις.
After the analysis of several years of data at T2K, scientists were able to measure the parameter called delta-CP, which governs the CP symmetry breaking in neutrino oscillation and found the mismatch or a preference for enhancement of the neutrino rate which can eventually lead to the confirmation of CP violation in the way neutrinos and antineutrinos oscillated. The results found by the T2K team are significant at statistical significance of 3-sigma or 99.7% confidence level. It’s a milestone achievement as confirmation of CP violation involving neutrinos is linked with the dominance of matter in the σύμπαν. Further experiments with larger database will test whether this leptonic CP symmetry violation is larger than CP violation in quarks. If it is so then we will finally have the answer to the question Why the σύμπαν is matter dominant.
Though the T2K experiment does not clearly establish that CP symmetry violation has occurred but it is a milestone in the sense that it conclusively shows a strong preference for enhanced electron neutron rate and takes us closer to prove the occurrence of CP symmetry violation and eventually to the answer ‘why the σύμπαν is matter dominant’.
***
αναφορές:
1. Πανεπιστήμιο του Τόκιο, 2020. ''Τα αποτελέσματα T2K περιορίζουν τις πιθανές τιμές της φάσης CP Νετρίνων -…..'' Δελτίο Τύπου Δημοσιεύθηκε στις 16 Απριλίου 2020. Διαθέσιμο στο Διαδίκτυο στο http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Πρόσβαση στις 17 Απριλίου 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Περιορισμός στη φάση παραβίασης της συμμετρίας ύλης-αντιύλης στις ταλαντώσεις νετρίνων. Nature τόμος 580, σελίδες 339–344 (2020). Δημοσιεύθηκε: 15 Απριλίου 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. The Matter-Antimatter Asymmetry Problem. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
