СРТ-симетрія і баріонна асиметрія 

Подолання кризи порушення С- і Р-симетрій. Комбінована СР-симетрія

Порушення слабкої взаємодії комбінованої СР-симетрії

«Погано» повели до CP-симетрії частинки, які зібрані з другого покоління. Про третє покоління тоді не здогадувалися. К-мезони мають у собі дивний кварк і звичайний кварк або навпаки. Існує частинка лише 50 нс.

У 1964 році Джеймс Кронін і Вел Фітч провели новаторський експеримент.

Вони спостерігали розпад нейтральних K-мезонів (K0-мезонів) на два піони. Нейтральні K-мезони можуть існувати у двох різних станах, умовно позначених як K0 і анти-K0. Кронін і Фітч виявили, що швидкість розпаду K0-мезонів відрізняється від швидкості розпаду анти-K0-мезонів. 

Ця спостережувана різниця означала порушення СР-симетрії. Експеримент приніс Джеймсу Кроніну і Велу Фітчу Нобелівську премію з фізики в 1980 році.

Отже, К-мезони і анти-К-мезони  розпадаються з різною ймовірністю. Ця різниця становить лише 0,3%. Але це свідчить, що CP-симетрія порушується!

Відмінність у другому поколінні частинок кварк–антикварк дуже мала. А ось у третьому поколінні кварків вона стає еличезною. Для прелісних кварка та антикварка відмінність може досягати одного порядку, що було вперше виявлено в 2001 році.

СРТ-симетрія

Це було несподівано. Спостереження порушення комбінованої CP-симетрії призвело до значних розробок у Стандартній моделі фізики елементарних частинок. У 1973 році, намагаючись знайти пояснення порушенню комбінованої CP-симетрії і відштовхуючись від ідеї Ніколи Кабіббо про змішування двох поколінь кварків, Макото Кобаясі та Тосіхіде Маскава передбачили існування третього покоління елементарних частинок. Вони запропонували механізм, що включає шість кварків і матрицю CKM (Кабіббо-Кобаясі-Маскава), що пояснило спостережуване порушення CP-симетрії. Матриця CKM описує, як кварки змішуються та взаємодіють через слабку ядерну взаємодію. Пізніше передбачені частинки було відкрито. b-кварк було відкрито в 1977 році, а t-кварк — 1995-го. Учені були вдостоєні Нобелівської премії з фізики 2008 року. 

Теорема CPT вважається наріжним каменем теоретичної фізики. Це фундаментальний аспект Стандартної моделі фізики елементарних частинок і вважається наслідком Лоренц-інваріантності, симетрії, яка лежить в основі спеціальної теорії відносності. CPT-симетрія була протестована та перевірена з надзвичайно високою точністю в різних експериментах, забезпечуючи сильну підтримку її дійсності як фундаментального принципу природи.

Розуміння порушення CP-симетрії має вирішальне значення для пояснення того, чому Всесвіт складається здебільшого з матерії, а не з однакової кількості матерії та антиматерії. Дослідження порушення CP-симетрії залишається активною областю досліджень, як теоретичних, так і експериментальних, з постійними зусиллями для покращення точності вимірювань і пошуку можливих відхилень від передбачень Стандартної моделі.

Баріонна асиметрія

1. Порушення баріонного числа. 

Мають бути процеси, які порушують збереження баріонного числа. Баріонне число — це квантове число, пов’язане з такими частинками, як протони та нейтрони, і зазвичай у більшості фізичних процесів загальне баріонне число залишається постійним. Однак для спостережуваної асиметрії матерія-антиматерія повинні існувати процеси, які змінюють кількість баріонів.

2. Порушення C- і комбінованої CP-симетрії. 

Комбінована CP-симетрія повинна порушуватися. Її порушення означає, що комбінована операція спряження заряду (C) і перетворення парності (P) не зберігається в певних взаємодіях. Порушення CP-симетрії має важливе значення для пояснення того, чому слабка ядерна взаємодія поводиться по-різному для частинок і їх античастинок.
3. Динаміка поза рівновагою. 

У Всесвіті повинні відбуватися процеси, які відбуваються поза термодинамічною рівновагою. Ця умова означає, що відповідні фізичні процеси, відповідальні за створення асиметрії матерія-антиматерія, повинні відбуватися зі швидкістю, яка не врівноважується відповідними зворотними процесами.

Ці три умови разом забезпечують основу для розуміння спостережуваної переваги матерії над антиматерією у Всесвіті.

Висновки

Таким чином, нами з’ясовано, що основною властивістю Всесвіту є її симетрія. Причиною всіх законів збереження є симетрія. Закони дозволяють нам передбачати майбутнє. Але найбільш симетричним є порожнеча. При охолоджені Всесвіту його симетрія була порушена. Чому саме це відбулося, поки не дуже зрозуміло. Але якщо симетрія у Всесвіті не порушилась, то Всесвіт був іншим. Була б тільки порожнеча. Причиною того, що в нашому Всесвіті матерії виявилося більше, ніж антиматерії, що тіла мають масу і з’явилися планети, зорі, ми, все навколо - є порушення симетрії Всесвіту.