Симметрия Вселенной

Как выглядела Вселенная вскоре после того, как появилась на свет? Эксперимент ALICE (A Large Ion Collider Experiment) в ЦЕРНе в Швейцарии участвует в решении этого вопроса. На крупнейшем в мире ускорителе частиц, Большом адронном коллайдере (БАК) исследователи сталкивают ядра свинца и протоны на самых высоких энергиях пучка на сегодняшний день. Создаваемые температуры в 100 тыс. раз выше, чем в центре Солнца. «Создается состояние, которое очень похоже на то, что образовалось после Большого Взрыва», - объясняет Лаура Фабиетти (Laura Fabbietti), профессор кафедры физики. Она и д-р Торстен Дамс (Torsten Dahms) возглавляют две экспериментальные группы ALICE в Технологическом университете Мюнхена.

Так называемая кварк-глюонная плазма (КГП), вероятно, образовалась через одну микросекунду после Большого Взрыва, в момент времени, когда Вселенная расширялась с большой скоростью. КГП, получаемая в лаборатории, стабильна только долю секунды, но в течение этого очень короткого времени исследователи имеют возможность оглянуться назад, в прошлое Вселенной.

Более того, эксперимент ALICE позволяет добраться до основания одной из самых больших загадок человечества. Согласно теореме СРТ (заряд, четность, время), имеется фундаментальная симметрия между частицами и античастицами в нашей Вселенной. То есть не должно быть никакой разницы между нашей Вселенной и той, где все частицы заменены античастицами (и наоборот), если Вселенная также инвертируется во времени и пространстве.

Тем не менее, разница должна быть, потому что теория гласит, что во время Большого Взрыва должны были быть произведены равные количества материи и антиматерии. Однако в настоящее время мы почти всегда наблюдаем только частицы – поэтому должен был быть дисбаланс.

Физики ищут нарушения СРТ-теоремы, которые помогли бы объяснить существующую асимметрию материи и антивещества. «ALICE пытается найти разницу путем высокоточных измерений свойств частиц и античастиц, которые рождаются при столкновениях частиц в БАК», - объясняет д-р Дамс. В текущем исследовании ученые изучали отношение массы к заряду ядер гелия-3 и ядер дейтерия и их соответствующих античастиц. Заряд и масса определяются путем измерения треков частиц и удельной потери энергии частицы внутри газового детектора, называемого TPC (Time Projection Chamber). TCP является, таким образом, сердцем детекторной системы ALICE. Результаты, опубликованные в "Nature Physics", представляют наиболее точные измерения на сегодняшний день в этой области, и в настоящее время подтверждают СРТ-теорему.

Сейчас исследователи работают над усовершенствованием детекторов ALICE с целью сделать измерения еще более точным. «В данный момент мы в состоянии записать 500 столкновений в секунду, - объясняет проф. Фабиетти. - Вскоре мы сможем фиксировать 50 тыс. столкновений в секунду». Группы работают над реконструкцией вывода данных TPC. Существующие многожильные камеры заменяются современными GEM (Gas Electron Multiplier), которые обеспечивают лучшее пространственное разрешение. Установка новых детекторов планируется на 2018 год.

Моделирование столкновения ионов свинца в ALICE