Gde je nestala sva antimaterija? Nakon Velikog praska, materija i antimaterija je trebalo da se stvore u jednakim količinama. Zašto živimo u univerzumu materije, sa vrlo malo antimaterije, ostaje misterija. Višak materije mogao bi se objasniti narušavanjem simetrije pariteta naelektrisanja (CP), što u suštini znači da se određeni procesi koji uključuju čestice ponašaju drugačije od onih koji uključuju njihove antičestice.
Međutim, procesi koji krše CP koji su do sada uočeni nisu dovoljni da objasne asimetriju materije i antimaterije u univerzumu. Novi izvori kršenja CP moraju biti tamo – i možda se kriju u interakcijama koje uključuju Higsov bozon. U Standardnom modelu fizike čestica, interakcije Higs-bozona sa drugim česticama čuvaju CP simetriju. Ako istraživači pronađu znake kršenja CP u ovim interakcijama, oni bi mogli biti trag za jednu od najstarijih misterija univerzuma.
U novoj analizi svog kompletnog skupa podataka iz Run 2 LHC-a, ATLAS saradnja je testirala interakcije Higs-bozona sa nosiocima slabe sile, V i Z bozonima, tražeći znake kršenja CP. Saradnja je proučavala Higs-bozon koji se raspada na dva Z bozona, od kojih se svaki transformiše u par leptona (elektron i pozitron ili mion i antimion), što rezultira četiri naelektrisana leptona. Istraživači su takođe proučavali interakcije u kojima se dva V ili Z bozona kombinuju da bi proizveli Higsov bozon. U ovom slučaju, jedan kvark i jedan antikvark se proizvode zajedno sa Higsovim bozonom, stvarajući ‘mlazove’ čestica u ATLAS detektoru.
Ove interakcije su idealni tereni za testiranje kršenja CP. Kada je CP simetrija očuvana, obrazac ponašanja detektovanih mlaznica i leptona treba da bude isti kada se čestice razmenjuju sa svojim antičesticama, a smerovi njihovog leta su obrnuti. Međutim, ako je CP simetrija narušena, čestice i antičestice se ponašaju drugačije.
Naučnici ATLAS-a sumiraju sve informacije o česticama otkrivenim u ovim procesima u jedan broj: optimalno vidljivo. Posebna karakteristika ove opservable je da njegova vrednost merena za antičestice treba da bude jednaka, ali suprotna po predznaku od vrednosti čestica. Ako proces čuva CP simetriju, srednja vrednost optimalne opservabilne u podacima treba da bude nula. Ako nije, srednja vrednost bi se pomerila od nule.
U svojoj novoj analizi koja je sada objavljena na arKsiv serveru za preprint, ATLAS je koristio uočene vrednosti optimalnog vidljivog da bi direktno postavio ograničenja na mogući iznos CP kršenja. Istraživači su takođe izmerili koliko se često svaka vrednost optimalne opservacije javlja u podacima, nakon ispravljanja bilo kakvih eksperimentalnih efekata.
Ovo merenje je omogućilo ATLAS-u da uporedi podatke sa teorijskim predviđanjima na način nezavisan od modela i da testira validnost osnovnih teorijskih pretpostavki. Ovo je prvi put da je merenje raspada Higs-bozona na četiri leptona omogućilo fizičarima da otkriju potencijalne znake kršenja CP na način nezavisan od modela, bez snažnog oslanjanja na druge aspekte predviđanja Standardnog modela osim CP simetrije.
Svi rezultati izgledaju kompatibilni sa očekivanjima Standardnog modela, što predstavlja još jednu važnu potvrdu postojeće teorije prirode. Međutim, ovo je samo prvi korak. Mali signali koji krše CP ostaju kompatibilni sa podacima, a ATLAS već prikuplja nove podatke o koliziji pri neviđenim energijama koje će omogućiti da se poveća preciznost ovih merenja – dalje uvođenje u prirodu Higsovog bozona.
