Долгое время ученые не могли понять, почему во Вселенной так много материи и так мало антиматерии. Казалось бы, при рождении Вселенной их должно было быть поровну. Одну из главных подсказок дало нарушение CP-симметрии — эффект, из-за которого частицы и античастицы ведут себя неодинаково.

Нарушение CP-симметрии — это когда процессы с частицами и их «зеркальными копиями» (античастицами в обратном времени) идут с разной вероятностью. Если бы симметрия сохранялась, материя и антиматерия annihilровали бы друг друга полностью.

Как сказал нобелевский лауреат Цзундао Ли:

Симметрия показывает красоту Вселенной, а асимметрия создает ее суть.

Раньше большие признаки нарушения CP-симметрии находили в распадах D-мезонов, но в распадах барионов (тяжелых частиц вроде протонов) четких доказательств не было. Чтобы разобраться, профессор Шанхайского университета Цзяо Тун Сяо-Ган Хэ и доктор Чиа-Вей Лю из Института Цзундао Ли применили теорию SU (3)-симметрии и модель повторного рассеяния частиц после распада. Их расчеты показали: в барионах нарушение CP-симметрии может быть в разы сильнее, чем думали раньше.

Подробности опубликованы в издании Science Bulletin.

Ключевую роль здесь играет повторное рассеяние — когда частицы после распада сталкиваются и взаимодействуют. Это создает нужные условия для нарушения симметрии. Разница между материей и антиматерией в таких процессах может достигать одной тысячной — намного больше, чем предсказывали старые модели.

Институт Цзундао Ли, основанный в Шанхае в 2017 году, занимается фундаментальными вопросами физики.

Наши расчеты открывают новые возможности для экспериментов, — говорит профессор Хэ. — Они помогают понять, почему Вселенная состоит из материи, и возможно, найти физику за пределами Стандартной модели.

Проверить эти выводы можно уже сейчас — на установках BESIII, LHCb и Belle II. Но главный прорыв ожидается с запуском китайского Super Tau-Charm Facility (STCF), который увеличит точность измерений в разы.

Это не просто абстрактная теория — если предсказание подтвердится, оно:

• Продвинет понимание барионной асимметрии — главной загадки, почему мы вообще существуем.
• Укажет на слабые места Стандартной модели — возможно, нарушение CP-симметрии сильнее из-за неизвестных частиц.
• Даст новые инструменты для экспериментов — физики смогут точнее настраивать детекторы для поиска аномалий.

SU (3)-симметрия — хорошее приближение, но в высокоэнергетических процессах ее точность падает. Если вторичные взаимодействия частиц окажутся сложнее, чем в модели, реальные данные могут отличаться от прогноза.

Ранее в Китае начали возводить новый детектор для поиска темной материи.