תוצאות ניסוי חושפות הבדל שלא נתגלה כמותו בין חומר ואנטי חומר
פיסיקאים של חלקיקים מאנגליה ומקומות שונים בעולם מניסוי BABAR במרכז המאיץ הקווי סטנפורד (SLAC) בארצות הברית הודיעו ב-2 באוגוסט על תוצאות חדשות ומלהיבות, הממחישות הבדל משמעותי בין התנהגות חומר ואנטי חומר. תגליתם עשויה לסייע בהסברת העובדה, שהיקום שלנו מכיל בעיקר חומר ואיננו מורכב מכמויות שוות של חומר ואנטי חומר.
מאיץ ה-PEP 2 של SLAC גורם להתנגשות אלקטרונים והאנטי חלקיקים שלהם, פוזיטרונים. ההתנגשות של החלקיקים והאנטי חלקיקים יוצרת מטר של זוגות חלקיקים כבדים ואקזוטיים, הידועים בשמות מזוני B ואנטי מזוני B (B mesons). החלקיקים הנדירים האלה חיים לזמן קצר ביותר ומתפרקים במהרה לחלקיקים תת אטומיים אחרים קלים מהם, כגון קאונים ופיונים, אותם ניתן לגלות בניסוי ה-BABAR.
“אילו לא היה כל הבדל בין חומר ואנטי חומר, מזוני ה-B והאנטי חלקיקים שלהם היו מתפרקים בדיוק באותו אופן. ואולם, המדידות החדשות שלנו מראות דוגמא להבדל גדול בקצבי ההתפרקות בין מזוני ה-B והאנטי מזוני B,” אמר דובר הניסוי BABAR מרסלו ג’יורג’י (Giorgi) מ-SLAC, אוניברסיטת פיזה ו-INFN.
בעזרת בדיקת ההתפרקויות של למעלה מ-200 מיליון זוגות של מזוני B ואנטי B גילו החוקרים אי-סימטרייה מדהימה בין חומר ואנטי חומר. “מצאנו 910 מקרים בהם התפרק מזון B לקאון ופיון, אך רק 696 מקרים בהם עשה כן האנטי מזון B,” הסביר ג’יורג’י. “המדידות החדשות הן בהחלט פרי פעולתו היוצאת מן הכלל של מאיץ ה-PEP 2 של SLAC ויעילותו הרבה של גלאי ה-BABAR. המאיץ פועל כעת ביעילות גבוהה פי שלושה מהתכנון המקורי שלו, וגלאי ה-BABAR מצליח לתעד כ-98% מההתנגשויות בין החלקיקים.”
למרות ש-BABAR וניסויים אחרים גילו בעבר אי-סימטריות בין חומר ואנטי חומר, זוהי הפעם הראשונה, שהבדל כזה נתגלה על ידי ספירה פשוטה של מספר ההתפרקויות של מזוני B ואנטי מזוני B לאותו מצב סופי. האפקט הזה ידוע בשם “הפרת CP ישירה” (Charge Parity Violation Direct), והוא נתגלה בשיעור של 13%. אפקט דומה מתרחש בהתפרקויות של קאונים ואנטי קאונים, אך בשיעור של 4 חלקים למיליון בלבד !
“זהו סימן חזק ומשכנע להפרת CP ישירה בהתפרקויות B, סוג של אסימטרייה בין חומר ואנטי חומר, שנחזה תיאורטית אך לא נצפה בניסוי עד כה. בסיוע הגילוי הזה הדפוס המלא של האסימטריות בין חומר ואנטי חומר מתחיל להתבהר ולהצטרף לכדי תמונה שלמה. אני מאוד מתרגש ומרוצה שאחד מתלמידי הבתר-דוקטורט שלי, קרלוס צ’ווז (Chavez), שעובד כעת ב-SLAC, היה מעורב ישירות בגילוי,” אמר כריסטוס טאורמאניס (Touramanis) מאוניברסיטת ליוורפול.
דן באוורמן (Bowerman), חבר בצוות ה-BABAR מאימפריאל קולג’, מוסיף : “כאשר היקום החל במפץ הגדול, חומר ואנטי חומר נוצרו בכמויות שוות. עם זאת, כל התצפיות מעידות שאנו חיים בעולם של חומר. אם כן, אנו שואלים, מה קרה לאנטי חומר? העבודה ב-BABAR מקרבת אותנו לתשובה על השאלה הזו.”
הבדלים זעירים בין התנהגות החומר והאנטי חומר הם בוודאי האחראיים לחוסר האיזון בין החומר והאנטי חומר, שהתפתח ביקום שלנו. אולם הידע הנוכחי שלנו בנוגע להבדלים הללו אינו שלם ואינו מספק כדי לתת מענה לעליונות הנראית של החומר. תופעת הפרת ה-CP היא אחת משלושת התנאים, שתאר הפיסיקאי הרוסי אנדריי סחרוב (Sakharov) כסיבה לחוסר האיזון הנראה בין החומר והאנטי חומר ביקום שלנו.
פרופסור איאן האלידיי (Halliday), מנהל מועצת המחקר לפיסיקה של חלקיקים ואסטרונומיה, המממנת את השתתפות הצוות האנגלי בניסוי ה-BABAR, אמר: “עדיין איננו מבינים לחלוטין כיצד התפתח יקום החומר בו אנו חיים. עם זאת, הממצאים החדשים בסיוע של מדידות נוספות ב-BABAR וניסויים אחרים ברחבי העולם קידמו משמעותית את הבנתנו בנושא. עדיין יש המון מה ללמוד ולגלות בתחום היסודי הזה.”
תרגום:
דיקלה אורן
למידע נוסף:
מהי הפרת CP
המאמר המדעי על תוצאות הניסוי
ההודעה לעיתונות של מועצת המחקר לפיסיקה של חלקיקים ואסטרונומיה
