ब्रह्मांड को ज्यादातर मामला बनाया जाता है, एंटीमैटर नहीं, लेकिन वैज्ञानिकों का मानना है कि बिग बैंग के बाद, दोनों समान मात्रा में मौजूद होंगे। भौतिकी में बड़े रहस्यों में से एक यह समझ रहा है कि आज मैटर ब्रह्मांड पर क्यों हावी है और सभी एंटीमैटर के साथ क्या हुआ।
सीपी उल्लंघन नामक किसी चीज से एक महत्वपूर्ण सुराग आता है – पदार्थ और एंटीमैटर के व्यवहार में अंतर।
जबकि मेसन नामक कुछ प्रकार के कणों में सीपी उल्लंघन देखा गया है, यह कभी भी बैरियंस में रिपोर्ट नहीं किया गया है, जो कण (जैसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) हैं जो हमारे आसपास के अधिकांश मामले को बनाते हैं।
नए आंकड़ों के आधार पर, यूरोप में LHCB सहयोग ने अब बैरियन डेक्स में सीपी उल्लंघन के पहले-कभी अवलोकन की सूचना दी है, विशेष रूप से एक कण में λB⁰ Baryon (उच्चारण “लैम्ब्डा मधुमक्खी-ज़ीरो बैरियन”)।
उनके निष्कर्ष प्रकाशित किए गए थे प्रकृति 16 जुलाई को।
“पहली बार, हमारे पास बैरियंस में सीपी उल्लंघन के स्पष्ट सबूत हैं,” अध्ययन के संगत लेखक, Xueting यांग, LHCB टीम के एक सदस्य और बीजिंग में पेकिंग विश्वविद्यालय में पीएचडी छात्र, ने बताया। हिंदू। “ब्रह्मांड में पदार्थ-एंटीमैटर विषमता को बैरियंस में सीपी उल्लंघन की आवश्यकता होती है, जैसे कि खोज एक महत्वपूर्ण कदम है।”
सिग्नल की तलाश में
सीपी में, ‘सी’ का अर्थ चार्ज संयुग्मन के लिए है, जिसका अर्थ है कि इसके एंटीपार्टिकल के साथ एक कण को स्वैप करने की कार्रवाई। ‘पी’ का अर्थ समता है, जो कि स्थानिक निर्देशांक को फ़्लिप करने की कार्रवाई है, जैसे कि दर्पण में देखना। सीपी समरूपता यह निर्धारित करती है कि यदि आप एंटीपार्टिकल्स के लिए कणों को स्वैप करते हैं और एक दर्पण में देखते हैं, तो भौतिकी के नियम समान होने चाहिए।
इस प्रकार सीपी उल्लंघन का मतलब है कि यह समरूपता टूट गई है और भौतिकी के नियम मामले और एंटीमैटर के लिए थोड़ा अलग हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि सीपी उल्लंघन यह बताने के लिए एक आवश्यक घटक है कि ब्रह्मांड को ज्यादातर पदार्थ क्यों बनाया जाता है।
ΛB, Baryon तीन छोटे कणों से बना है: एक अप क्वार्क, एक डाउन क्वार्क और एक नीचे क्वार्क। ΛB⁰ Baryon के एंटीपार्टिकल को λB⁰-Bar कहा जाता है।
नव रिपोर्ट किया गया परिणाम λB bar Baryon के एक विशिष्ट क्षय पर केंद्रित है: एक प्रोटॉन में, एक नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया kaon, एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पायन, और एक नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पायन। इसे निरूपित किया गया है: λB⁰ → P k⁻ π⁺।
सहयोग ने एंटीपार्टिकल, λb⁰-bar के लिए एक ही क्षय का भी अध्ययन किया, लेकिन सभी आरोपों के साथ उलट।
प्रयोग से डेटा का उपयोग किया बड़े हैड्रॉन कोलाइडर CERN में, विशेष रूप से मशीन पर LHCB डिटेक्टर से।
LHCB टीम ने 2011 और 2018 के बीच डेटा एकत्र किया, जो कि प्रकाश की गति में लगभग प्रोटॉन के बीम के बीच बहुत बड़ी संख्या में टकराव के अनुरूप है।
इन टकरावों में, λB⁰ और λB⁰-Bar Baryons का उत्पादन किया जाता है और फिर तेजी से क्षय होता है। LHCB शोधकर्ताओं ने उन घटनाओं की तलाश की, जहां क्षय उत्पादों ने p k⁻ π⁺ π⁻ से मेल खाया।
पृष्ठभूमि के शोर को कम करने के लिए – संकेत की नकल करने वाले कणों के यादृच्छिक संयोजनों के रूप में – उन्होंने नकली लोगों से वास्तविक क्षय को अलग करने के लिए मशीन सीखने का उपयोग किया। उन्होंने कंप्यूटर पर कण पहचान उपकरण का भी उपयोग किया जो प्रोटॉन, काओन्स और पायन को अलग बता सकते थे।
उन्होंने जो मुख्य मात्रा को मापा, वह सीपी विषमता थी। यह λB⁰ की संख्या की तुलना λb⁰-bar decays की संख्या के लिए करता है: यदि कोई CP उल्लंघन नहीं है, तो CP विषमता का मूल्य शून्य होना चाहिए। व्यवहार में, उन्होंने उपज विषमता को मापा, जो कि λb⁰ और λb⁰-bar के लिए देखे गए decays की संख्या में अंतर है।
कुछ प्रभाव हैं जो सीपी उल्लंघन की नकल कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव के साथ शुरू करने के लिए λb⁰-bar की तुलना में अधिक λb⁰ का उत्पादन कर सकते हैं। दूसरे के लिए, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर पर LHCB डिटेक्टर एक दूसरे पर एक चार्ज का पता लगाने में थोड़ा बेहतर हो सकता है।
इन संभावित पूर्वाग्रहों के लिए सही करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक नियंत्रण चैनल का उपयोग किया – एक समान क्षय जहां कोई सीपी उल्लंघन अपेक्षित नहीं है। यहाँ, एक λB⁰ Baryon एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए λc बैरियन, और एक नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पायन: λb⁰ → λc⁺ π⁻ के लिए फैलता है।
इस नियंत्रण चैनल में देखी गई किसी भी विषमता को एक उपद्रव माना जाता था और मुख्य माप से घटाया गया था।
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में एलएचसीबी डिटेक्टर मुख्य रूप से नीचे क्वार्क और चार्म क्वार्क युक्त कणों के क्षय का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। | फोटो क्रेडिट: सर्न
मेसन, फिर बैरियंस
शोधकर्ताओं ने यह निर्धारित करने के लिए सांख्यिकीय तरीकों का उपयोग किया कि कितने वास्तविक λb bar baryon और λb⁰-bar एंटीपार्टिकल दर्ज किए गए डिटेक्टर को घटाते हैं। फिर उन्होंने विभिन्न डेटा लेने की अवधि, डिटेक्टर सेटिंग्स और विश्लेषण विधियों में स्थिरता के लिए अपने परिणामों की जाँच की।
इस प्रकार, टीम ने क्षय दरों में एक महत्वपूर्ण अंतर पाया: लगभग 2.45%।
कागज के अनुसार, यह परिणाम शून्य से 5.2 मानक विचलन दूर है, जो कण भौतिकी में एक खोज का दावा करने के लिए भौतिकविदों के लिए आवश्यक सांख्यिकीय सीमा से ऊपर है।
“यह उम्मीद की गई थी कि LHCB समूह के पास पर्याप्त डेटा था। वे अब इसकी रिपोर्ट कर रहे हैं,” सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी, हवाई विश्वविद्यालय के विश्वविद्यालय के संबद्ध स्नातक संकाय, और चेन्नई के गणितीय विज्ञान संस्थान सेवानिवृत्त प्रोफेसर राहुल सिन्हा ने बताया। हिंदू।
यह पहली बार है जब सीपी उल्लंघन को बैरियन डेज़ में देखा गया है। पहले, भौतिकविदों ने केवल मेसन्स, कणों में सीपी उल्लंघन की सूचना दी थी, जो एक क्वार्क और एक एंटिक्क से बने होते हैं, न कि बैरियंस, जो तीन क्वार्क से बने होते हैं।
परिणाम मानक मॉडल की भविष्यवाणियों से मेल खाता है, कण भौतिकी के मुख्य सिद्धांत, जो कहता है कि सीपी उल्लंघन क्वार्क मिश्रण और क्षय के तरीके से आता है।
हालांकि, मानक मॉडल में सीपी उल्लंघन की मात्रा ब्रह्मांड में मामले-एंटीमैटर असंतुलन को समझाने के लिए पर्याप्त नहीं है।
सिन्हा ने कहा, “बैरियंस में सीपी उल्लंघन का अवलोकन अभी भी ब्रह्मांड के लापता एंटीमैटर के रहस्य को नहीं सुलझाता है।” “मानक मॉडल एंटीमैटर के लापता होने की दर की भविष्यवाणी करता है जो कि हम ब्रह्मांड में देख रहे हैं।”
नई घोषणा ‘नए भौतिकी’ की खोज करने के लिए नए तरीके खोलती है, जो कि मॉडल की भविष्यवाणी करता है, उससे परे अज्ञात प्रभाव या कणों के लिए नाम, और जो भौतिकविदों का मानना है कि उप -परमाणु कणों के ‘पूर्ण’ सिद्धांत को प्रकट करेगा।
चरण को ध्यान में रखें
प्रो। सिन्हा के अनुसार, नए पेपर ने बैरियंस में सीपी उल्लंघन का अवलोकन करते हुए रिपोर्ट की है, लेकिन यह नहीं कहता है कि मानक मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में उल्लंघन की मात्रा अधिक या कम है। यह पता लगाना कि शोधकर्ताओं को जटिल चरण का निर्धारण करने की आवश्यकता है।
सीपी उल्लंघन के संदर्भ में, जटिल चरण कैबिब्बो-कोबायाशी-मास्कवा (सीकेएम) मैट्रिक्स में मौजूद चर का एक संयोजन है, एक गणितीय उपकरण भौतिक विज्ञानी यह समझने के लिए उपयोग करते हैं कि एक बैरोन में क्वार्क एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं।
यदि जटिल चरण का एक गैर-शून्य मूल्य है, तो इसका मतलब है कि भौतिकी के नियम पदार्थ और एंटीमैटर के लिए समान नहीं हैं, जिससे उनके व्यवहार में अवलोकन योग्य अंतर हैं।
मानक मॉडल सीपी उल्लंघन की मात्रा के लिए विशिष्ट मूल्यों की भविष्यवाणी करता है, जो सीकेएम मैट्रिक्स में चर के परिमाण और चरण द्वारा निर्धारित किया जाता है। Baryon decays में CP उल्लंघन से जुड़े चरण को मापने से, भौतिक विज्ञानी मानक मॉडल की भविष्यवाणियों के उल्लंघन की देखी गई राशि की तुलना कर सकते हैं।
अपने पेपर में, LHCB शोधकर्ताओं ने बताया है कि जटिल चरण की जानकारी डिटेक्टर द्वारा एकत्र किए गए डेटा से निकालना बहुत मुश्किल साबित हुई।
“जब तक हम चरण को मापते हैं, तब तक हम यह नहीं कह सकते कि मॉडल की भविष्यवाणी की तुलना में एंटीमैटर के लापता होने की दर बहुत अधिक या बहुत कम है,” प्रो। सिन्हा ने कहा।
मेसन के लिए चरण को मापने के लिए एक ही तकनीक का उपयोग बैरियंस के लिए नहीं किया जा सकता है। इसके लिए, प्रो। सिन्हा ने कहा कि 2022 में, वह और उनके साथियों शिबासिस रॉय और एनजी देशपांडे ने बैरियंस के लिए जटिल चरण को मापने के लिए एक नया तरीका वर्णित किया। इसे प्रकाशित किया गया था भौतिक समीक्षा पत्र।
बैरियंस में सीपी उल्लंघन का अवलोकन करना महत्वपूर्ण है क्योंकि आज हमारे आस -पास का दृश्य मामला बैरियंस से बना है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जैसे कुछ बैरन बहुत स्थिर होते हैं और लंबे समय तक क्षय नहीं करते हैं। अन्य, जैसे λB⁰, लगभग 1.5 picoseconds में क्षय। मुद्दा यह है कि एक बैरियन के लिए यह सच है कि सभी बैरियंस के लिए सही होना चाहिए।
सुश्री यांग ने कहा, “निश्चित रूप से विषमता की समस्या को हल करने के लिए, प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक प्रगति दोनों की आवश्यकता है।”
“प्रायोगिक रूप से, विभिन्न कण प्रणालियों में अधिक सटीक और व्यापक माप सीपी उल्लंघन की एक सुसंगत और सुसंगत तस्वीर बनाने के लिए आवश्यक हैं। सैद्धांतिक रूप से, बेहतर गणना और परिष्कृत मॉडल इन प्रयोगात्मक टिप्पणियों को मौलिक भौतिकी से जुड़ने के लिए आवश्यक हैं जो पदार्थ-एंटिमेटर विषमता को चला रहे हैं।”
सखारोव की स्थिति
ब्रह्मांड में एंटीमैटर पर एक भारी ऊपरी हाथ कैसे हासिल हुआ? बैरियंस में सीपी उल्लंघन इस पहेली का एक महत्वपूर्ण टुकड़ा है – लेकिन यह भी केवल एक टुकड़ा है।
1967 में, सोवियत भौतिक विज्ञानी और बाद में राजनीतिक असंतुष्ट आंद्रेई सखारोव ने कहा कि ब्रह्मांड के लिए मुख्य रूप से केवल मामले को पूरा करने के लिए तीन स्थितियों को पूरा करना होगा। वे हैं:
(i) बैरियन नंबर उल्लंघन: शारीरिक प्रक्रियाएं मौजूद होनी चाहिए जो कि बैरियंस की संख्या और एंटीबेरियन की संख्या के बीच असंतुलन पैदा करती हैं।
(ii) बैरियंस में सीपी उल्लंघन
(iii) थर्मल संतुलन से प्रस्थान: बैरियन और एंटीबेरियन उत्पादन को संतुलित करने से प्रक्रियाओं को रोकने के लिए, बातचीत संतुलन से बाहर होनी चाहिए।
Baryon decays में CP उल्लंघन का अवलोकन एक ‘स्रोत’ प्रदान करता है जो मेसन के बीच सीपी उल्लंघन को जोड़ता है। मेसन्स के उल्लंघन के जटिल चरण को मापा गया है जबकि बैरियंस लंबित है। एक बार बाद में ज्ञात भौतिक विज्ञानी मानक मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई इसकी तुलना करने में सक्षम होंगे।
यदि वे मेल खाते हैं, तो इसका मतलब होगा कि मानक मॉडल सही है-लेकिन एक ही समय में पूर्वानुमानित पदार्थ-एंटीमैटर विषमता के बीच एक अंतर छोड़ दें और जो ब्रह्मांड में मनाया जाता है।
यदि मान मेल नहीं खाते हैं, तो यह ‘नए भौतिकी’ का संकेत हो सकता है, जिसे भौतिकविदों को नए सिद्धांतों और प्रयोगों का उपयोग करके समझाना होगा।
कुल मिलाकर, नया रिपोर्ट किया गया अवलोकन एक मील का पत्थर है जो यह दर्शाता है कि भौतिकी के नियम पदार्थ का इलाज करते हैं और न केवल मेसन्स में बल्कि बैरियंस में भी अलग -अलग एंटीमैटर – दृश्यमान ब्रह्मांड के निर्माण ब्लॉक हैं।
