در اوایل جهانبلافاصله پس از انفجار بزرگ،مادهو «ضد ماده» هر دو به مقدار مساوی وجود داشتند. با این حال، به دلایلی که تاکنون ناشناخته است،ماده' بر حال حاکم است جهان. محققان T2K اخیراً وقوع یک نقض احتمالی Charge-Parity در نوترینو و نوسانات ضد نوترینو مربوطه را نشان داده‌اند. این یک گام به جلو در درک چرایی است ماده بر جهان.
انفجار بزرگ (که حدود 13.8 میلیارد سال پیش رخ داد) و سایر نظریه های مرتبط فیزیک نشان می دهد که اوایل جهان تشعشع "غالب" بود و "ماده' و 'ضد مادهبه مقدار مساوی وجود داشت.
اما جهان که می دانیم امروز «ماده» غالب است. چرا؟ این یکی از جذاب ترین اسرار است جهان. (1).
La جهان که امروزه می دانیم با مقادیر مساوی از «ماده» و «ضد ماده» شروع شد، هر دو طبق قانون طبیعت به صورت جفت ایجاد شدند و سپس با تولید مکرر تابش به نام «تابش پس زمینه کیهانی» نابود شدند. در عرض حدود 100 میکروثانیه پس از انفجار بزرگ، ماده (ذرات) به نحوی از پادذره در هر میلیارد بیشتر شد و در عرض چند ثانیه تمام پاد ماده از بین رفت و تنها ماده را از خود به جای گذاشت.
فرآیند یا مکانیسمی که این نوع تفاوت یا عدم تقارن را بین ماده و پادماده ایجاد می کند چیست؟
در سال 1967، آندری ساخاروف، فیزیکدان نظری روسی، سه شرط لازم برای عدم تعادل (یا تولید ماده و پادماده با سرعت های مختلف) را در جهان. شرط اول ساخاروف نقض عدد باریون (عددی کوانتومی که در یک برهمکنش حفظ می‌شود) است. این بدان معناست که پروتون ها بسیار آهسته به ذرات زیراتمی سبک تر مانند یک پیون خنثی و یک پوزیترون تجزیه می شوند. به طور مشابه، یک پاد پروتون به یک پیون و یک الکترون تجزیه شد. شرط دوم نقض تقارن صرف بار، C، و تقارن صرف بار-تعادل، CP است که به آن نقض Charge-Parity نیز می‌گویند. شرط سوم این است که فرآیندی که عدم تقارن باریون را ایجاد می کند، به دلیل انبساط سریع و کاهش وقوع نابودی جفت، نباید در تعادل حرارتی باشد.
این دومین معیار ساخاروف برای نقض CP است که نمونه ای از نوعی عدم تقارن بین ذرات و پادذرات آنهاست که نحوه تجزیه آنها را توصیف می کند. با مقایسه نحوه رفتار ذرات و پادذرات، یعنی نحوه حرکت، برهمکنش و فروپاشی آنها، دانشمندان می توانند شواهدی از این عدم تقارن پیدا کنند. نقض CP شواهدی ارائه می دهد که برخی از فرآیندهای فیزیکی ناشناخته مسئول تولید متمایز ماده و پادماده هستند.
برهمکنش‌های الکترومغناطیسی و قوی در زیر C و P متقارن هستند و در نتیجه در محصول CP (3) نیز متقارن هستند. "با این حال، این لزوما برای "برهم کنش ضعیف" که تقارن C و P را نقض می کند، صادق نیست. پروفسور بی ای رابسون می گوید. او همچنین می‌گوید: «نقض CP در برهمکنش‌های ضعیف نشان می‌دهد که چنین فرآیندهای فیزیکی می‌تواند منجر به نقض غیرمستقیم عدد باریون شود، بنابراین ایجاد ماده بر ایجاد پادماده ترجیح داده می‌شود». ذرات غیر کوارک هیچ گونه نقض CP را نشان نمی دهند در حالی که نقض CP در کوارک ها بسیار کوچک است و برای ایجاد تفاوت در ماده و پادماده ناچیز است. بنابراین، نقض CP در لپتون ها (نوترینوها) مهم می شود و اگر ثابت شود پاسخ می دهد که چرا؟ جهان ماده غالب است
اگرچه نقض تقارن CP هنوز به طور قطعی ثابت نشده است (1) اما یافته های گزارش شده توسط تیم T2K اخیراً نشان می دهد که دانشمندان واقعاً به آن نزدیک هستند. برای اولین بار ثابت شده است که انتقال از ذره به الکترون و نوترینو بر انتقال از پادذره به الکترون و پادنوترینو، از طریق آزمایش‌های بسیار پیچیده در T2K (توکای به کامیوکا) ترجیح داده شده است (2). T2K به یک جفت آزمایشگاه، مجتمع تحقیقاتی شتاب دهنده پروتون ژاپنی (J-Parc) در توکای و رصدخانه نوترینوی زیرزمینی Super-Kamiokande در کامیوکا، ژاپن، حدود 300 کیلومتر از هم جدا شده است. شتاب دهنده پروتون در توکای ذرات و پادذرات را از برخوردهای پرانرژی تولید کرد و آشکارسازها در کامیوکا با انجام اندازه گیری های بسیار دقیق، نوترینوها و همتایان پادماده آنها، پادنوترینوها را مشاهده کردند.
پس از تجزیه و تحلیل چندین سال داده در T2K، دانشمندان توانستند پارامتری به نام delta-CP را اندازه گیری کنند که بر شکست تقارن CP در نوسانات نوترینو حاکم است و عدم تطابق یا ترجیحی برای افزایش نرخ نوترینو را پیدا کردند که در نهایت می تواند منجر به تایید نقض CP در نحوه نوسان نوترینوها و پادنوترینوها. نتایج بدست‌آمده توسط تیم T2K در معنی‌داری آماری 3 سیگما یا سطح اطمینان 99.7 درصد قابل‌توجه است. این یک دستاورد مهم است زیرا تأیید نقض CP مربوط به نوترینوها با تسلط ماده در جهان. آزمایش‌های بیشتر با پایگاه داده بزرگ‌تر، آزمایش خواهند کرد که آیا این نقض تقارن CP لپتونیک بزرگ‌تر از نقض CP در کوارک‌ها است یا خیر. اگر اینطور باشد در نهایت پاسخ این سوال را خواهیم داشت که چرا؟ جهان ماده غالب است
اگرچه آزمایش T2K به وضوح ثابت نمی کند که نقض تقارن CP رخ داده است، اما این یک نقطه عطف است به این معنا که به طور قطعی ترجیح قوی برای افزایش نرخ نوترون الکترون نشان می دهد و ما را برای اثبات وقوع نقض تقارن CP و در نهایت به پاسخ دهید "چرا جهان ماده غالب است.
***
منابع:
1. دانشگاه توکیو، 2020. "نتایج T2K مقادیر احتمالی فاز CP نوترینو را محدود می کند -….." بیانیه مطبوعاتی منتشر شده در 16 آوریل 2020. در دسترس به صورت آنلاین در http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ دسترسی به 17 آوریل 2020.
2. همکاری T2K، 2020. محدودیت در فاز نقض تقارن ماده-ضد ماده در نوسانات نوترینو. جلد طبیعت 580، صفحات 339–344 (2020). تاریخ انتشار: 15 آوریل 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. رابسون، کارشناسی، 2018. مسئله عدم تقارن ماده-ضد ماده. مجله فیزیک انرژی بالا، گرانش و کیهان شناسی، 4، 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
