بررسی آمیختگی ذرات و نقض تقارن cp در فیزیک ذرات؛از نظریه تا آزمایش

به نظر می رسد که درحجمی از ماده زندگی می کنیم که قطر آن دست کم120 میلیون سال نوری است. براساس تفاوت های ظریف در چگونگی رفتار ماده و پادماده درسطح ذره های بنیادی (از نظرفنی، شکست «تقارنcp»)، بیشترفیزیکدان ها براین باورند که درمقیاس بزرگ نیز ناتقارنی ظریفی میان ماده وپادماده وجود دارد ودرست پس از مهبانگ این ناتقارنی کفه ی ترازو را به سود دنیایی که ماده برآن چیره است سنگینتر کرده است. چالش کنونی اما، مطالعه ی جزئیات این تفاوت ها است تا منشا و شاید سرچشمه ی ناتقارنی ماده و پاد ماده درکیهان شناخته شود. کائون ها از یک کوارک و یک پادکوارک ساخته شده اند و بنابراین آمیزه ای مساوی از ماده وپاد ماده هستند. کائون خنثی از یک کوارک پایین و یک پادکوارک شگفت تشکیل شده است، حال آن که پاد ذره ی آن متشکل از یک پادکوارک پایین ویک کوارک شگفت است. بنابراین و دوذره ی متفاوت اند، اما ازطریق نیروی ضعیف، سخت به هم مرتبط اند. این نیرو به طرز شگفت آوری را به و برعکس تبدیل می کند و اِین کار را از طریق برهمکنش کوارک ها و پادکوارک ها انجام می دهد. معنی این اثرآن است که به محض تولید کائون یا پادکائون خنثی، نوعی سازوکار کوانتم مکانیکی «آمیختگی» نیز روی می دهد. این آمیزه های بینابینی و نام دارند. k- بلند600 برابر از k- کوتاه بیشتر عمر می کند. ویژگی مهم این است که حالت هایk - بلند وk- کوتاه در«آینه ی»مرکب cpرفتارهای متفاوتی دارند. این دوحالت به دوشیوه ی متفاوت واپاشی می کنند: k- کوتاه دوپایون، k- بلند به سه پایون. اگر تقارن cpکامل وبی نقص می بود، این الگوی واپاشی همواره برقرار می ماند. برای مثال k- بلند هرگز به دو پایون وانمی پاشید. اما کرونین وفیچ وهمکارانشان برای نخستین بار مشاهده کردند که حدودا در3/0 درصد حالت ها، k- بلند به دوپایون واپاشی می کند. پرسشی که اینک ذهن بسیاری از فیزیکدان ها را به خود مشغول کرده این است که آیا«تصادف» سه نسلی بودن ذرات آن چیزی است که به چیرگی ماده در جهان انجامیده است. نظریه دال برآن است که اثر نقض cp در مزون های b باید بزرگ باشد. مزون های b همانند کائون ها هستند به جزاین که درآنها یک کوارک ته جای کوارک شگفت را گرفته است. این روزها سامانه ی مزون b موضوع بررسی گستره ی تجربی است ونشانه های اولیه ی وجود یک ناتقارنی بزرگ گزارش شده است. lhc تعداد زیادی ذره ی ته تولید خواهد کرد و بررسی ناتقارنی cp در این ذره ها، بخش بزرگی از برنامه ی آن خواهد بود. آزمایشی اختصاصی به نام lhcb به این کاراختصاص داده شده است