Новый расчет уточняет соотношение материи и антиматерии

МОСКВА, 18 сен — РИА Новости. Ученые из международной коллаборации RBC-UKQCD, используя самые мощные в мире суперкомпьютеры, рассчитали вероятность двух путей распада каонов. На сегодняшний день это самое точное теоретическое предсказание вероятности образования материи и антивещества в экспериментах. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D.

В 1980 году Нобелевскую премию по физике получили два американских ученых Джеймс Кронин и Вал Фитч, которые в 1963 году в экспериментах на синхротроне AGS в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили явление, известное как "нарушение СР-симметрии". Грубо говоря, они доказали, что Вселенная несимметрична по веществу и антивеществу.

При изучении распада субатомных частиц, называемых каонами, или К-мезонами, они впервые заметили небольшое различие в поведении материи и антивещества. Частицы и античастицы по-разному взаимодействовали по зарядовому сопряжению C и по симметрии четности P.

Понять, насколько наблюдаемое CP-нарушение в распадах каонов согласуется со Стандартной моделью, на тот момент не представлялось возможным из-за сложности требуемых вычислений. Ученые из научной коллаборации RBC-UKQCD задействовали для решения этой задачи самые современные суперкомпьютеры.

Первая часть работы — создание снимков наиболее вероятных кварковых и глюонных полей — выполнялась на суперкомпьютерах, расположенных в США, Японии и Великобритании. Второй и наиболее сложный шаг по расчету реальных амплитуд распада каонов был осуществлен в Национальном вычислительном центре исследований в области энергетики (NERSC) в Национальной лаборатории Лоуренса Министерства энергетики США в Беркли.

Новый расчет значительно более точный по сравнению с предыдущим результатом группы, опубликованным в 2015 году. Основанный на Стандартной модели, он дает диапазон значений прямого нарушения CP-симметрии в распадах каонов на пару электрически заряженных пионов по сравнению с парой нейтральных пионов, который согласуется с экспериментальными данными.

По мнению авторов, теперь можно определенно сказать, что наблюдаемое CP-нарушение объясняется Стандартной моделью, хотя всегда есть возможность дальнейшего улучшения качества расчетов с учетом любых источников асимметрии вещества/антивещества, которые будут выявлены в будущем, в том числе лежащих за пределами текущей модели.

В то же время исследователи признают, что их выводов недостаточно, чтобы обосновать фундаментальное нарушение баланса между материей и антивеществом в наблюдаемом мире. Объяснить этот дисбаланс — одна из важнейших задач теоретической и экспериментальной физики, считают ученые.

"Необходимость различать материю и антивещество заложена в современной теории космоса, — приводятся в пресс-релизе Брукхейвенской национальной лаборатории слова одного из авторов исследования Нормана Крайста (Norman Christ) из Колумбийского университета. — Наше текущее понимание таково, что нынешняя Вселенная была создана с почти равным количеством материи и антивещества. За исключением крошечных эффектов, изучаемых здесь, материя и антивещество должны быть идентичны во всех отношениях. Любые различия в материи и антивеществе, которые наблюдались до сегодняшнего дня, слишком слабы, чтобы объяснить преобладание материи во Вселенной".

Если бы было обнаружено значительное несоответствия между экспериментальным наблюдением и предсказаниями, основанными на Стандартной модели, это потенциально могло бы указать путь к новым механизмам взаимодействия частиц, которые лежат за пределами традиционной физики, считают ученые. Но пока этого не произошло.

Международная коллаборация RBC-UKQCD объединяет физиков-теоретиков из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Исследовательского центра RIKEN-BNL, а также ученых из CERN (Европейская лаборатория физики элементарных частиц), Колумбийского университета, Университета Коннектикута, Массачусетского технологического института, Регенсбургского университета в Германии, Эдинбургского и Саутгемптонского университетов в Великобритании.