A mindennapi életben látott dolgok nagy része anyagból áll, az antianyag azonban sokkal kisebb mennyiségben létezik. Mint ismeretes, az anyag és az antianyag szinte egymás közvetlen ellentétei. Az anyag részecskéinek van egy antianyag párjuk, amelynek ugyanolyan a tömege, de ellentétes az elektromos töltése. Például az anyag proton részecskéjének párja az antianyag antiproton, míg az anyag elektronjának párja az antianyag pozitron.
Az anyag és az antianyag viselkedésének szimmetriája azonban nem tökéletes. A Nature folyóiratban ezen a héten megjelent cikkben a CERN-ben az LHCb nevű kísérleten dolgozó csapat arról számolt be, hogy különbségeket fedezett fel a barionok bomlási sebessége és antianyag-társaik bomlási sebessége között. A részecskefizikában a bomlás azt a folyamatot jelenti, amikor az instabil szubatomi részecskék két vagy több könnyebb, stabilabb részecskére alakulnak át.
Mivel az anyag a gravitáció hatására lefelé esik, elvárható lenne, hogy az antianyag "felfelé" essen, amikor kölcsönhatásba lép a gravitációs erővel. De nem így van. A CERN fizikusai 2023. szeptember 27-én bejelentették, hogy az antianyag ugyanúgy reagál a gravitációra, mint a normál anyag, pontosan úgy, ahogy Einstein megjósolta.
A kozmológiai modellek szerint a big bang során egyenlő mennyiségű anyag és antianyag keletkezett. Ha az anyag- és antianyag-részecskék érintkezésbe kerülnek, kioltják egymást, megsemmisülnek, és csak tiszta energia marad utánuk. Ezt figyelembe véve csoda, hogy az univerzum nem csak ebből a megsemmisülési folyamatból származó maradék energiából áll.
Azonban a csillagászati megfigyelések egyelőre azt mutatják, hogy az univerzumban az anyag mennyiségéhez képest elhanyagolható mennyiségű antianyag "látható". Ezért tudjuk, hogy az anyag és az antianyag viselkedése eltérő lehet, mivel az antianyag eltűnt (a szemünk elől), míg az anyag nem.
Az anyag és az antianyag viselkedésbeli eltérés okának megértése egy fontos, megválaszolatlan kérdés. Bár a legjobb alapvető kvantumfizikai elméletünk, a standard modell szerint vannak különbségek az anyag és az antianyag között, ezek a különbségek túl kicsik voltak ahhoz, hogy megmagyarázzák, hová tűnt a többi antianyag.
Feltételezzük tehát, hogy léteznek olyan alapvető részecskék, amelyeket még nem találtunk meg, vagy olyan hatások, amelyek túlmutatnak a standard modellben leírtakon. Ezek elég nagy különbségeket eredményeznének az anyag és az antianyag viselkedésében ahhoz, hogy univerzumunk a jelenlegi formájában létezzen.
Az anyag és az antianyag közötti különbségek rendkívül pontos mérése a kutatás egyik kulcsfontosságú témája, mert ezeket az új alapvető részecskék befolyásolhatják és felfedhetik, segítve minket abban, hogy felfedezzük a mai világegyetemhez vezető fizikát.
Az anyag és az antianyag közötti különbségeket korábban egy másik típusú részecske, a mezonok viselkedésében is megfigyelték, amelyek egy kvarkból és egy antikvarkból állnak. Vannak utalások arra is, hogy egy másik részecsketípus, a neutrínó anyag- és antianyag-változatai is eltérően viselkednek mozgásuk során.
Az LHCb új mérései különbségeket tártak fel a barionok és az antibarionok között, amelyek három kvarkból, illetve három antikvarkból állnak. Fontos megjegyezni, hogy a barionok alkotják a világegyetemünkben ismert anyag nagy részét, és ez az első alkalom, hogy különbségeket figyeltek meg az anyag és az antianyag között ebben a részecskecsoportban.
A Nagy Hadronütköztetőben végzett LHCb kísérlet célja, hogy rendkívül pontos méréseket végezzen az anyag és az antianyag viselkedésének különbségeiről. A kísérletet egy nemzetközi tudósi együttműködés végzi, amely 24 országból több mint 1800 emberből áll. Az új eredmény elérése érdekében az LHCb csapata több mint 80.000 bariont (lambda-b barionokat, amelyek egy b-kvarkból, egy up-kvarkból és egy down-kvarkból állnak) és azok antianyag-párjait tanulmányozta.
Döntő fontosságú, hogy megállapították, hogy ezek a barionok 5%-kal gyakrabban bomlanak specifikus szubatomi részecskékre (egy protonra, egy kaonra és két pionra), mint amennyivel ugyanez a folyamat az antirészecskéknél történik. Bár ez a különbség kicsi, statisztikailag elég jelentős ahhoz, hogy ez legyen az első megfigyelés a barionok és antibarionok bomlásának viselkedésében mutatkozó különbségekről.
Eddig az anyag-antianyag különbségekre vonatkozó összes mérés összhangban volt a standard modellben szereplő kis mértékű eltéréssel. Bár az LHCb új mérése is összhangban van ezzel az elméletével, ez egy jelentős előrelépés. Most már láttuk az anyag és az antianyag viselkedésének különbségeit az univerzum ismert anyagát domináló részecskecsoportban. Ez egy lehetséges lépés annak megértése felé, hogy miért alakult ki ez a helyzet a nagy bumm után.
Az LHCb jelenlegi és jövőbeli adatsorai segítségével ezeket a különbségeket alaposan tanulmányozhatják, és remélhetőleg ki tudják deríteni, hogy vannak-e jelei új alapvető részecskéknek.
