Upgrade experiementu ALICE. Kredit: CERN.

D mezony jsou nejlehčí známé částice, které obsahují půvabné kvarky, pro nás, bytosti z běžné hmoty, velmi exotické. Fyzici jim říkají půvabné mezony (charm meson). Vědci na nejdražším pozemském přístroji, Velkém hadronovém srážeči LHC v evropském CERNu, nedávno z dat o srážkách částic vyčetli, že se půvabné mezony mění z částice hmoty na částici antihmoty.

Guy Wilkinson. Kredit: Oxford University.

Každá částice hmoty má svůj protějšek v částici antihmoty. Některé částice, jako například foton, jsou sami sobě antičásticí. Některé jiné částice zase existují zároveň jako částice i antičástice, díky fenoménu kvantové superpozice. To je případ půvabného mezonu, který existuje v superpozici klasického půvabného mezonu (formálně D0) a antičástice, tedy anti-D0 mezonu.

Týmu LHC se podařilo potvrdit, že půvabné mezony nejen existují jako mix částic a antičástic, ale také se z pohledu vnějšího světa mění – z částice na antičástici a naopak. Je to podruhé, kdy byla částice přistižena, že podobným způsobem osciluje mezi hmotou a antihmotou. Poprvé to bylo v roce 2006 s podivným-krásným mezonem (strange-beauty meson). V případě půvabného mezonu to ale podle vedoucího výzkumu Guye Wilkinsona z britské University of Oxford bylo mnohem náročnější, protože oscilace mezi hmotnou částicí a antičásticí jsou mnohem pomalejší a je velmi těžké je detekovat v čase, který je k dispozici před tím, než se půvabný mezon rozpadne.

Půvabné mezony v centru pozornosti částicových fyziků. Kredit: CERN.

Částice, které se přepínají mezi hmotou a antihmotou jsou v hledáčku fyziků kvůli jedné z největších záhad ve vesmíru. Tou je samotná existence vesmíru. Proč vůbec ve vesmíru něco existuje? Problém je s Velkým třeskem. Podle Standardního modelu částicové fyziky by při Velkém třesku mělo vzniknout stejné množství částic hmoty a antihmoty. Striktně vzato, všechny tehdejší částice a antičástice se tedy měly navzájem anihilovat a vesmír by měl být zcela pustý a vyplněný pouhým zářením. Což se zjevně nestalo. Dnešní vesmír je plný hmoty, alespoň pokud víme. Otázkou je, proč.

Podle některých hypotéz jsou za tím částice, jako je právě půvabný mezon. Takové částice by bývaly mohly zachránit mladý vesmír před totální anihilací, pokud by například jejich přepnutí z antihmoty na hmotu bylo o něco častější než opačný proces. Fyzici se už těší na opětovné spuštění upgradovaného LHC, k němuž by mělo dojít po třech letech letos v září. Na LHC, a také na japonském experimentu Belle II budou právě tyhle otázky jedním z horkých témat výzkumu.

Video: Spontaneously changes into its Antiparticle | Charm Meson

Literatura

University of Oxford 8. 6. 2021.

arXiv:2106.03744.