Группа физиков из коллаборации CMS, работающая на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, завершила масштабное исследование тончайших различий в поведении материи и антиматерии. Ученые детально проанализировали процессы распада нейтральных прелестных мезонов, чтобы найти ключ к одной из главных загадок современной космологии. Результаты исследования опубликованы в базе данных CERN (CMS-PAS-BPH-26−005).
Согласно Стандартной модели и теории Большого взрыва, в момент зарождения Вселенной материя и антиматерия должны были образоваться в абсолютно равных пропорциях. Однако сегодня мы наблюдаем вокруг себя мир, состоящий исключительно из обычной материи, в то время как антиматерия практически полностью исчезла.
Чтобы объяснить этот фундаментальный дисбаланс, физики ищут так называемое нарушение CP-инвариантности — крошечные отличия в физических свойствах и поведении частиц и их зеркальных античастиц. Идеальным инструментом для таких проверок служат нейтральные прелестные мезоны (B-мезоны), обладающие удивительным квантовым свойством: они способны спонтанно превращаться в собственную античастицу и обратно.
В ходе нового эксперимента физики измеряли мельчайшую разницу в частоте и скорости распада материи и антиматерии с течением времени. Для этого был проанализирован колоссальный объем данных от протон-протонных столкновений, собранных на коллайдере в период с 2022 по 2025 год.
ИИ на службе физики частиц
Главная техническая сложность заключалась в том, чтобы точно определить тип каждого конкретного мезона (был ли он частицей или античастицей) в самое первое мгновение его рождения, за доли секунды до того, как он распадется на джей-пси-мезон и нейтральный каон. В общей сложности алгоритмам предстояло обработать данные более чем о 1,4 млн частиц.
Для решения этой монументальной задачи исследователи применили передовые алгоритмы на базе искусственного интеллекта. Нейросети комплексно анализировали информацию о мюонах, электронах и струях частиц, сопровождающих каждое столкновение, что позволило беспрецедентно повысить точность идентификации начальных состояний мезонов по сравнению со всеми предыдущими работами.
Полученные результаты нарушения CP-инвариантности оказались в строгом соответствии с предсказаниями Стандартной модели. По словам авторов, это самые точные на сегодняшний день измерения в данной области, которые накладывают строгие ограничения на возможные новые физические теории и делают науку еще на шаг ближе к пониманию того, как материя победила в битве за Вселенную.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики впервые увидели, как атом из антиматерии повел себя как волна.