Mätningarna som kan förklara varför universum mest är materia

Forskningen bedrivs av runt 500 forskare i 14 länder inom det kinesiska partikelfysikexperimentet BESIII och Uppsalaforskarna har haft en ledande roll både i att ta fram metoden som använts samt i de mätningar som gjorts för att bekräfta att metoden fungerar.

Forskarna har låtit elektroner och positroner kollidera med varandra för att skapa materia-antimateriaparet Λ. Materia-antimateriaparet Λ är ett sammanflätat system och tidigare har man inte trott att det har varit möjligt att särskilja hur de båda partiklarna Λ och beter sig individuellt, men i och med mätningarna vid BESIII-experimentet har man bekräftat att det faktiskt är möjligt.

Särkvark istället för en nedkvark

– Syftet med studien har varit att utforska gränserna för vår förståelse av naturen och att hitta fenomen som inte kan förklaras av de nuvarande teorierna. Detta har vi gjort genom att studera en exotisk partikel, en så kallade lambdahyperon, Λ, som liknar en neutron men som är uppbyggd av en särkvark istället för en nedkvark, säger Andrzej Kupsc, en av forskarna vid Uppsala universitet som gjort upptäckten.

I experimentet har man kunnat se att partiklarna Λ och är spinnpolariserade. Att de är spinnpolariserade är den nödvändiga förutsättningen för att Λ och -partiklarna kan studeras individuellt och om det skulle finnas en skillnad i hur de båda partiklarna sönderfaller, skulle det vara möjligt att kunna observera det. Om sönderfallen för de båda partiklarna beter sig olika skulle man få ett så kallat CP-symmetribrott som skulle ge en förståelse till gåtan om det förhållande som gäller mellan materia och antimateria i universum. Det skulle i så fall ge en inblick i det tidiga universums villkor och bidra till upptäckter om ny fysik.

Tester av universums materia-antimateriaasymmetri

Från denna precisionsmätning upptäckte man dessutom att tidigare resultat som beskriver Λ-partikelns sönderfall visat sig vara felaktiga med närmare 20 procent. Med det nya resultat från BESIII-experimentet kommer 100-tals resultat som bygger på det gamla felaktiga värdet att behöva revideras genom att antingen analysera resultaten på nytt eller göra om de tidigare mätningarna.

Även om resultatet precis offentliggjorts så har det varit känt inom BESIII-samarbetet under en längre tid.

– Vi har redan påbörjat flera uppföljningsstudier inom BESIII-kollaborationen som bygger på de nya teoretiska och experimentella upptäckterna. Bland annat undersöker vi just nu Λ-partikelns tyngre kusin, Ξ [ksi] som till och med är mer känslig för CP-symmetri än vad Λ är. Det gör att vi kommer kunna utföra ännu mer precisa tester av universums materia-antimateriaasymmetri i den här typen av exotiska system, säger Patrik Adlarson, forskare vid Uppsala universitet och delaktig i BESIII-experimentet.

Kontakt:

Andrzej Kupsc, forskare vid institutionen för fysik och astronomi, andrzej.kupsc@physics.uu.se

Vetenskapliga artiklar:

Polarization and entanglement in baryon–antibaryon pair production in electron-positron annihilation Nature Physics

Hadronic structure functions in the e(+) e(-) -> (Lambda)over-bar Lambda reaction,  Physics Letters B