Bozuk bir CP
Fizik, çevremizdeki evrensel fenomenin arkasındaki doğa kanunlarını keşfetmeye odaklanan bir disiplindir. Doğanın kanunları eksiksiz olmalı simetri Ve kesinlikle, tüm evrene uygulanmaları gerekir. Bu, çoğu durumda uygulanabilir gibi görünmektedir, ancak istisnalar vardır, bazı durumlarda simetri bozulacaktır ve bu çok önemlidir. Yani fizikte, Simetri bozuk Simetrinin kendisi kadar önemli bir araştırma konusu haline geldi.
1
CPT
Temel parçacıkları yöneten temel teoride, üç farklı simetri ilkesi tanımlanmıştır: Parite (P), Şarj etmek (C) ve zaman (T).
Parite simetrisinde, tüm olaylar, ister kendi içinde ister aynada olsun, tamamen aynı şekilde gerçekleşmelidir. Sol ve sağ arasında hiçbir fark olmamalı ve hiç kimse kendi dünyasında mı yoksa aynada mı olduklarını anlayamaz.
Yük simetrisi, parçacıkların davranışının kendileriyle ilgili olması gerektiğini gösterir. Antiparçacık tam olarak aynı. Antiparçacıklar, zıt yüklere sahip olmaları dışında, parçacıklarla tamamen aynı özelliklere sahiptir.
Zamanın simetrisi, mikroskobik seviyedeki fiziksel olayların, zamanın okunun ileri ya da geri olmasına bakılmaksızın eşit derecede bağımsız olması gerektiğini gösterir.
Fiziğin simetrisi sadece estetik değere sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda birçok karmaşık hesaplamayı basitleştirir ve mikro kozmosun matematiksel tanımında belirleyici bir rol oynar. Daha da önemlisi, simetri aynı zamanda koruma yasalarıyla da yakından ilgilidir; örneğin, enerjinin korunumu ve yükün korunumu simetri ile ilgilidir.
2
Standart Model
20. yüzyılın ortalarında, simetri kırılması ilk kez maddenin temel ilkelerinin incelenmesinde ortaya çıktı.Bu kez fizikçiler doğadaki en küçük bileşenleri ve temel kuvvetleri tek bir çerçevede birleştirdiler.
Ancak bu büyük amacı başlattıklarında, yalnızca parçacık fiziğini daha da karmaşık hale getirdiler. II.Dünya Savaşı'ndan sonra inşa edilen parçacık hızlandırıcılar, daha önce hiç görülmemiş, birçoğu o zamanki parçacık modeliyle eşleşemeyen sabit bir parçacık akışı üretti. Daha derin araştırmalar, başlangıçta ayrılmaz olarak kabul edilen şeyin nötron ile Proton Aslında neden olur Kuark Oluşturulmuş. Fizikçilerin aralıksız çabalarından sonra, nihayet tüm temel parçacıkların ve üç temel kuvvetin birliğini oluşturdular. Standart Model :
Bilinen tüm maddeler, Birinci nesil Parçacıklardan oluşur, İkinci nesil ile Üçüncü nesil Parçacıklar, daha ağır bir sürüm dışında birinci nesil parçacıklarla aynı özelliklere sahiptirler, çok kararsızdırlar ve çok kısa sürede daha hafif parçacıklara dönüşeceklerdir.
Standart Model, doğadaki üç temel kuvveti ve bunlara karşılık gelen habercileri, yani bu etkileşimleri temel parçacıklar arasında ileten parçacıkları içerir. Elektromanyetik güç Messenger'ın kalitesi sıfırdır Foton ; Radyoaktif bozunmaya neden olur ve güneşin ve yıldızların parlamasına neden olur Güçsüz Yüksek kalitede yapılmıştır W ile Z Bozon Geçmek; süre kuvvetli Tarafından Gluon Gluonlar, çekirdeklerin birbirine bağlanmasından sorumludur. Ne yazık ki, Standart Model dördüncü temel kuvveti açıklayamıyor yerçekimsel . Dört temel kuvvetin nasıl birleştirileceği bugün fiziğin karşı karşıya olduğu büyük bir zorluktur.
3
C ve P'yi kır
Standart Model, kuantum fiziğinin ve göreliliğin görelilik ilkesi temelinde sağlam bir şekilde oluşturulmuştur ve son birkaç on yılda çok sayıda teste dayanmıştır. Ancak her şey netleşmeden önce fizik, görünüşte dengeli olan bu yapıyı tehdit eden bir dizi krizle karşı karşıya kaldı. Bu krizler, fizikçilerin simetri yasasının temel parçacıklar için geçerli olduğu varsayımıyla ilgilidir. , Çünkü bunun tam olarak böyle olmadığı ortaya çıktı.
İlk kaza 1956'da teorik fizikçilerin Li Zhengdao ile Yang Zhenning Zayıf kuvvetlerde eşlik simetrisine meydan okur. Geçmişte diğer simetri ilkeleri gibi insanlar da doğanın ayna simetrisini izlediğini, yani sol-sağ simetrisinin tartışılmaz bir gerçek olduğunu düşünüyorlardı.
Ancak Li Zhengdao ve Yang Zhenning, bu temel ilkelerin temel parçacıkların yaşadığı kuantum dünyasında yeniden incelenmesi gerektiğine inanıyor. Bu ayna simetrisini doğrulamak için bir dizi deney önerdiler ve beklendiği gibi, sadece birkaç ay sonra, Wu Jianxiong Radyoaktif element olan kobalt 60'ın nükleer bozunmasından bulunur - ayna simetrisi ilkesini takip etmez: kobalt çekirdekten çıkan elektronlar belirli bir yönde yayılma eğiliminde olacaktır. Bu, simetrinin bozulduğu anlamına gelir. Bu, kalabalık bir yüksek hızlı tren istasyonunda durmak ve çoğu insanın sola doğru yürüdüğünü görmek gibi.
Kısa süre sonra fizikçiler yük simetrisinin de kırıldığını keşfettiler. Öyleyse, böyle bir olasılık var mı: Sadece sola ve sağa yansıtabilen, aynı zamanda parçacıkları antiparçacıklara dönüştürebilen, yani parçacıklar ve antiparçacıklar birbirlerinin ayna görüntüleri olan sihirli bir ayna var. Başka bir deyişle, C ve P'nin ortak çalışması altında simetri bozulmayacaktır. Geçmişte, fizikçiler, tüm maddenin yerini antimaddenin aldığı bir ayna dünyasına girerseniz, doğa yasalarının değişmeyeceğine ikna olmuşlardı.
Ancak 1964'te zayıf güç bir kez daha insanların dikkatini çekti. Cronin (James Cronin) ve Fitch (Val Fitch) Nötrde ilk kez K mezon Radyoaktif bozunmada, simetri yasasının yeni bir ihlali keşfedildi. Az sayıda K mezon, mevcut ayna simetrisini takip etmez ve yük simetrisini ikiye katlar, çift CP simetrisini bozar ve tüm teorik çerçeve için yeni zorluklar ortaya çıkarır.
4
Kırık simetrinin gizemini çözün
Bozuk simetri için makul bir açıklama bulmalıyız, aksi takdirde tüm standart model tehdit altına girecektir. Kyoto Üniversitesi'nden iki genç araştırmacı, 1972 yılına kadar simetrinin neden ihlal edildiği bir sırdı Makoto Kobayashi (Makoto Kobayashi) ve Yichuan Madenciliği (Maskawa Toshihide) bir 3 × 3 matris Cevabı içinde buldum.
Bu çifte simetri kırılması nasıl gerçekleşir?
Her K mezon bir kuark ve bir antikuarktan oluşur, zayıf kuvvet onların kimliklerini tekrar tekrar değiştirmelerine neden olur - kuarklar antikuarklar ve antikuarklar kuarklar olur. Bu süreç K mezonunu bir anti-K mezonuna dönüştürür. Bu şekilde, K mezon, kendisi ve antiparçacığı arasında gidip gelir. Ancak uygun koşullar sağlandığında madde ve antimadde arasındaki simetri bozulacaktır. Makoto Kobayashi ve Toshihide Masagawa'nın hesaplama matrisi, kuarklar arasındaki bu geçişin nasıl gerçekleşeceğini açıklayan olasılığı içerir.
Kuarkların ve antikuarkların kendi ailelerinde kimlik alışverişinde bulundukları ortaya çıktı. Çifte simetri kırılmalı bu kimlik değişimi madde ve antimadde arasında meydana gelirse, o zaman Üç yeni kuarka ihtiyaç var Varlık. Bu cesur bir tahmin, Standart Model bu yeni kuark hipotezlerini özümsedi ve tahmin edildiği gibi hepsi deneylerde bulundu. 1974'te, Charm Kuark Keşfedildi; 1977'de Alt kuark Bulundu; sonuncusu En iyi kuark 1994 yılına kadar keşfedilmedi.
Makoto Kobayashi ve Toshihide Masagawa'nın teorileri de tarafsız çalışabileceğimizi gösteriyor. B meson Simetri, çünkü B mezonunun kütlesi K mezonunun 10 katıdır. Bununla birlikte, simetri kırılması nadiren B mezonlarında meydana gelir, bu nedenle kırık simetriye sahip birkaç parçacığı bulmak için çok sayıda B mezonuna ihtiyaç vardır. 2001 yılında, BaBar ve Belle adlı iki bağımsız deney, B mezonunun bozulmasında CP yıkımını gözlemledi; bu, Makoto Kobayashi ve Toshihide Masagawa'nın 30 yıl önce modele dayalı olarak yaptığı tahminle tamamen aynı oldu.
2019'a kadar, CERN'deki LHCb deneyi D meson Çürümede CP hasarı da bulundu.
Tüm bu keşifler, varlığımızla ilgili bir gizemi yanıtlamamıza yardımcı olacaktır: Neden erken evrende madde ile antimadde arasında hafif bir asimetri vardı ki bugün gördüğümüz evren maddeden yapılmıştır?
Not: Dikkatli okuyucular, CP yıkımının sadece zayıf kuvvetlerde gerçekleştiğini görebilirler.Neden güçlü kuvvetlerde meydana gelmez, fizikte çözülmemiş bir sorundur.
Referans kaynağı:
https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-physicsprize2008.pdf
