02/03/2012 - Neue Daten aus dem LHC, warum die Materie Antimaterie besiegte

Menéame

Einer der Detektoren des großen Hadron-Kollisators (LHC), LHCb, hat zum ersten Mal den Bruch der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie beim Zerfall des Teilchens beobachtet, das als Bs-Meson bekannt ist. Dieses Phänomen war bisher nur bei den Zerfallungen einer anderen Herberge zu beobachten, was der Nobelpreis von 2008 an Kobayashi und Maskawa bedeutete. An der Studie nahmen Forscher der Universitäten Santiago de Compostela, Barcelona und Ramón Llull teil.

Das LHCb-Experiment des großen Hadron-Kolliders (LHC) hat die erste direkte Beobachtung des Bruchs der Materie/Antimaterie Symmetrie (Phänomen, das in Physik als "CP-Vergewaltigung" bezeichnet wird) in den Desintegrationen von Meson Bs veröffentlicht. Es ist das erste Mal, dass dieses Phänomen in dieser Art von Teilchen beobachtet wird.

Das Phänomen war bisher in einem anderen ähnlichen Teilchen beobachtet worden, was 2008 den japanischen Physikern Kobayashi und Maskawa den Nobelpreis verliehen hatte. Wissenschaftler der Zusammenarbeit LHCb, darunter Gruppen der Universität Santiago de Compostela (USC), der Universität Barcelona (UB) und der Universität Ramón Llull (URL), haben die Ergebnisse im digitalen Projektarchiv arXiv veröffentlicht und an die Zeitschrift Physical Review Letters geschickt.

Das LHCb-Experiment soll den Bruch der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie untersuchen. Nach der Theorie, im Urknall wurden gleiche Mengen an Materie und Antimaterie geschaffen, eine Art von Replik, die mit der Materie in allem identisch ist, außer in ihrer elektrischen Ladung, die negativ ist. Wenn Symmetrie, Materie und Antimaterie erhalten geblieben wären, hätten sie sich gegenseitig vernichten müssen, aber irgendwann kam es zu einer Asymmetrie, die Materie "siegte" die Antimaterien und bildete die Atome, die Galaxien, Sterne, Planeten und alles, was existierte. Die Wissenschaftler wissen noch nicht, warum.

Die Quarks, die zusammen mit den Leptonen die 'Ziegel' sind, aus denen die Materie besteht, die wir kennen, werden in drei Grundformen oder Repliken gruppiert. Die erste Form bildet die gewöhnliche Materie, aus der wir bestehen, im Grunde Protonen und Neutronen. Die anderen beiden sind durch das Quark charm (c) und das Strange (s) und durch die sehr schweren Quarks wie Beauty (b) und Top (t) gebildet.

LHCb hat zum ersten Mal direkt den Bruch der CP-Symmetrie bei den Zerfallungen von Meson Bs beobachtet, der in seiner Zusammensetzung ein schweres Beauty-Quark (b) und ein Antiquark Strange (s) enthält. Man kann mit bloßem Auge in den von LHCb 2011 aufgenommenen Daten sehen, wie sich der Zerfallsrhythmus dieser Meson und ihrer Antiteilchenzahl um 27% unterscheidet, was eine statistische Bedeutung von mehr als drei typischen Abweichungen oder Sigmen bedeutet, die Wissenschaftler für ausreichend halten, um einen ersten Beweis für diese Asymmetrie zu erbringen.

Die Beobachtung von LHCb ist von großer Bedeutung, weil es das erste Mal ist, dass die direkte Unterbrechung der Symmetrie Materie/Antimaterie in Übergängen zwischen Quarks beobachtet wird, die alle bekannten Formen umfassen. Bislang war bekannt, dass es bei den Zerfallungen eines anderen Mesons, das aus dem Quark b, dem B0, bestand, dessen Beobachtungen 2008 den Nobelpreis für japanische Physiker Kobayashi und Maskawa einnahmen, keine direkte CP-Metmetrie gab. Diese Wissenschaftler hatten behauptet, dass der Ursprung der fehlenden Symmetrie Materie/Antimaterie gerade in der Existenz verschiedener Repliken von Quarks lag.

Intensive Asymmetrien Materie-Antimathyrie

Die Ergebnisse von LHCb sind besonders wichtig, da sie zeigen, dass die bei den Zerfallungen der Quarks b beobachteten Asymmetrien sehr intensiv sind, wenn andere Repliken als die bisher beobachtet werden. Es ist zu früh, um genau zu wissen, ob die durchgeführten Maßnahmen gut in das Standardmodell für Partikelphysik passen, die Theorie, die die grundlegenden Partikel und ihre Wechselwirkungen beschreibt, oder neue Physik annehmen, denn dies erfordert detaillierte theoretische Berechnungen und Vergleiche mit anderen damit zusammenhängenden Maßnahmen.

Die Kabayashi-Maskawa-Theorie des Standardmodells hat ein erhebliches Defizit bei der Erklärung der Entstehung von Galaxien, die fast ausschließlich aus Materie bestehen, ohne kaum Antimaterie. Die derzeitigen Maßnahmen liefern neue Beweise für eine erhöhte CP-Vergewaltigung in bisher unerforschten Quarks-Nachbildungen.

Zusammen mit den oben genannten Ergebnissen präsentiert das LHCb-Experiment in dieser Publikation neue Maßnahmen der Asymmetrie Materie/Antimaterie in der B0-Messe, deren Produktion im LHC weit größer ist als bei Meson Bs. Diese Maßnahmen überschreiten in der Genauigkeit eines der bisherigen Maßnahmen und bestätigen eine Asymmetrie von -8.9% für diese Herberge. Nur eine detaillierte Analyse dieser Maßnahmen insgesamt wird Aufschluss darüber geben, inwieweit das Standardmodell die Beschreibung der Daten ermöglicht.

Meson Bs ist ein bevorzugtes Studienobjekt im LHCb-Experiment des Europäischen Labors für Partikelphysik (CERN). Im Jahr 2011 und 2012 hat LHCb die Entdeckung mehrerer neuer Zerfälle von Meson Bs veröffentlicht, darunter der Zerfall in ein paar seltsame und neutrale Partikel, die von der Gruppe der Universität von Santiago de Compostela durchgeführt und in Physics Letters B veröffentlicht wurden. Die LHCb-Zusammenarbeit wird von 52 Einrichtungen aus verschiedenen Ländern gebildet, darunter die Universität von Santiago de Compostela, die Universität von Barcelona und die Universität Ramón Llull.

Die spanische Beteiligung am LHC wird durch das Nationale Zentrum für Partikel-, Anthropo- und Atomphysik (CPAN) gefördert, das Consolider-Ingenieum 2010-Projekt, dessen Hauptziel die Förderung und wissenschaftliche Koordinierung der spanischen Beteiligung an internationalen Projekten, die Entwicklung gemeinsamer FuE-Aktivitäten sowie die Ausbildung und Einbeziehung neuer Forscher und Techniker in Gruppen ist. Das CPAN zielt darauf ab, diese Maßnahmen durch die Einrichtung eines ständigen Netzwerkzentrums zu konsolidieren, das den in anderen Ländern unseres Umfelds bestehenden Einrichtungen entspricht.

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