Posted by CPT (მუხტი, პარიტეტი, დრო) სიმეტრია (ინვარიანტულობა) ფიზიკური კანონების ფუნდამენტური სიმეტრიაა გარდაქმნების დროს, რომლებიც მოიცავს მუხტის გაცვლის (conjugation), სისწორის (პარიტეტი) და დროის ერთდროულ ინვერსიას.
თეორეტიკოსები წინა საუკუნის მეორე ნახევრამდე ვარაუდობდნენ, ხოლო ექსპერიმენტები გარანტიას იძლეოდა, რომ ელემენტარული ნაწილეკების ურთიერთგარდაქმნა აბსოლუტურად ყველა შემთხვევში ინვარიანტულია სარკისებური სიმეტრიის მიმართ. ანუ, ნებისმიერი პროცესი მათი მონაწილეობით არ იცვლება ბრტყელი სარკის ანარეკლში, როგორც არ უნდა მოვათავსოთ ის სივრცეში – რაღაც ამდაგვარი ხდება თუ მარცხენას მარჯვენათი შევცვლით ან პირიქით. ფიზიკოსები ასეთ ინვარიანტულობას სისწორის (parity, ისევ ვერ მოვიძიე შესაბამისი ქართული სიტყვა) შენახვას უწოდებენ. ის აშკარად და ბუნებრივად გვეჩვენება, რადგან მარჯვენასა და მარცხენას შორის განსხვავება სრულიად პირობითია. ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან – გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და სუსტი – პირველი სამი ნამდვილად ემორჩილება სისწორის შენახვის კანონს. აი სუსტ ურთიერთქმედებებში (მაგალითად, ბირთვების ბეტა-დაშლა) კი სისწორე არ ნარჩუნდება. შეიძლება ითქვას, რომ ნაწილაკების ურთიერთგარდაქმნები, მართული სუსტი ურთიერთქმედების მიერ, რეაგირებენ განსხვავებაზე მარჯვენასა და მარცხენას შორის. ეს განსაკუთრებული თვისება თეორიულად 1956 წელს იწინასწარმეტყველეს და მალე ექსპერიმენტითაც დაამტკიცეს.
ევროპის ბირთვული კვლევების ორგანიზაციაში (CERN) დასრულდა მრავალწლიანი ექსპერიმენტი, რომელსაც ყველა შანსი აქვს გახდეს ისტორიული, ელემენტარული ნაწილაკების შესწავლის საქმეში. ის სხვადასხვა დარგის სპეციალისტების დიდმა საერთაშორისო ჯგუფმა ჩაატარა, რომლებიც გაერთიანებული იყვნენ LHCb თანამშრომლობაში და დიდ ადრონულ კოლაიდერში ამავე სახელწოდების LHCb დეტექტორზე მუშაობდნენ. მათ პირველად საიმედოდ აღმოაჩინეს CP სიმეტრიის დარღვევა პროცესებში, რომლებიც ერთ-ერთი ტიპის ბარიონის წარმოქმნასთან და დაშლასთან არის დაკავშირებული.
ეს ეხება ადრონების კლასის წარმომადგენლებს (ძლიერ ბირთვულ ურთიერთქმედებებში მონაწილე ნაწილაკები), რომლებიც წარმოიქმნება სხვადასხვა ტიპის კვარკების („არომატების“ ) გაერთიანებით. კერძოდ, ექსპერიმენტმა გამოავლინა CP სიმეტრიის დარღვევა Λb0 ბარიონების დაშლაში, რომლებიც დიდ ადრონულ კოლაიდერში ულტრამაღალი ენერგიის პროტონების შეჯახებისას წარმოიქმნა. აქამდე CP ასიმეტრია მხოლოდ მეზონებთან ექსპერიმენტებში იყო აღმოჩენილი – სხვა ტიპის ადრონებში, რომელიც შედგება კვარკებისა და ანტიკვარკების წყვილებისგან. ეს ანგარიში ჟურნალ Nature-ში 30 ივლისს გამოქვეყნდა (მოკლედ ელემენტარული ნაწილაკების შესახებ).
შეიძლება ვიფიქროთ, რომ T გარდაქმნა, C და P ოპერაციებისგან განსხვავებით, წმინდა მათემატიკური პროცედურაა, რადგან ის სინამდვილეში არ შეინიშნება. მისი სიმულირება შესაძლებელია ფილმის უკან გადახვევით, მაგრამ ამ ხრიკს ფიზიკასთან კავშირი არ აქვს. სინამდვილეში, სიტუაცია უფრო რთულია. 1950-იანი წლების პირველ ნახევარში, რამდენიმე ფიზიკოსმა (მათ შორის ისეთმა გიგანტებმა, როგორებიც არიან იულიან შვინგერი და ვოლფგანგ პაული) სხვადასხვა გზით და სხვადასხვა დონის დამაჯერებლობით დაამტკიცეს უაღრესად მნიშვნელოვანი პრინციპი, რომელიც ცნობილია როგორც CPT თეორემა.
თუ CPT თეორემა სინამდვილეა და CP ინვარიანტულობა (უცვლელობა) სადმე ირღვევა, მაშინ არც T ინვარიანტულობა უნდა ირღვეოდეს. გამოდის, რომ ნაწილაკების ზოგიერთ გარდაქმნებში დროის შექცევადობა ირღვევა! ფიზიკურად, ეს ნიშნავს, რომ ასეთი გარდაქმნების სიჩქარე „წინ“ და „უკან“ მიმართულებით ერთნაირი არ არის. გამოდის, რომ მიკროსამყაროს აქვს საკუთარი დროის ისარი. ეს აღმოჩენა გასული საუკუნის ფიზიკოსებისთვის დიდი სიურპრიზი აღმოჩნდა.
ახლა უკვე დადასტურებულად შეიძლება ჩაითვალოს, რომ სუსტი ურთიერთქმედება არღვევს CP სიმეტრიას ზოგიერთ პროცესში, რომლებიც მოიცავს ორივე ტიპის ადრონებს – მეზონებს და ბარიონებს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს გარდაქმნები ეგზოტიკურ ნაწილაკებს მოიცავს და შესაბამისად, იშვიათად დაკვირვებადია და მხოლოდ განსაკუთრებულ პირობებში (კოსმოსურ სხივებსა და ამაჩქარებლებში), ისინი სრულიად რეალურია.
აქ ფიზიკა აშკარა პარადოქსის წინაშე დგას. შემოთავაზებულია სხვადასხვა ახსნა, რომელთაგან ერთ-ერთი აქსიონების, არასტაბილური ნაწილაკების, ჰიპოთეზას იწვევს, რომლებიც შესაძლოა ბნელი მატერიის ნაწილი იყოს. თუმცა, აქსიონები, ისევე როგორც ნეიტრონის დიპოლური მომენტი, ჯერ არ არის აღმოჩენილი, ამიტომ კითხვა ღიად რჩება. შეიძლება, CP სიმეტრია მკაცრად სრულდება ულტრამაღალ და ამჟამად მიუწვდომელ ენერგიებზე, მაგრამ ჩვენთვის წვდომად ენერგეტიკულ მასშტაბებზე სპონტანურ დარღვევას განიცდის (არხიონი 😉 ).
დასკვნით სიტყვაში ავტორები ხაზს უსვამენ, რომ მათი ნაშრომი „გზას ხსნის ბარიონების დაშლის დროს CP-სიმეტრიის დარღვევის ბუნების შემდგომ თეორიულ და ექსპერიმენტულ კვლევებს, რამაც, პრინციპში, შეიძლება გამოიწვიოს ახალი შეზღუდვები სტანდარტული მოდელის ჩარჩოებს გარეთ მიმდინარე პროცესების თეორიულ სცენარებზე“. ეს მართლაც უაღრესად საინტერესო პერსპექტივაა, რომელიც, იმედია, არ გაგვიცრუებს იმედებს (ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი).
(LHCb Collaboration. Observation of charge–parity symmetry breaking in baryon decays. Nature volume 643, pages 1223–1228 (2025). Lee T. D., Yang C. N. Question of parity conservation in weak interactions // Physical Review 104, 254–258 (1956). LHCb experiment (en.wikipedia.org).
სარკისებური მატერია (2017 წ.)
ლიუის ქეროლი, სარკის მიღმა სამყაროს, მხოლოდ ადამიანის გონებაში არსებულს უწოდებს. ფიზიკოსებმა კი სრულიად სერიოზულად დაიწყეს სარკისებურ სამყაროზე ლაპარაკი, უფრო სწორედ, სარკისებურ მატერიაზე. თუ ის აღმოაჩინეს, ძველი ზღაპარი გარკვეულწილად, რეალობად გადაიქცევა.
ჯერ კიდევ სამოციანი წლებიდან არის ცნობილი, რომ კაონების დაშლისას СР-სიმეტრია ირღვევა. სიმეტრია შენარჩუნდება თუ ვივარაუდებთ, რომ ყველა ნაწილაკს იგივე ფიზიკური მახასიათებლების მქონე სარკისებური ნაწილაკი ჰყავს. ამისათვის პოსტულირებული იქნა სიმეტრია СРА გარდაქმნის მიმართ, სადაც А, ნაწილაკს მისი სარკული ნაწილაკით ცვლის (А – ქეროლისეული ალისა). სხვა მოსაზრების მიხედვით, ნეიტრინო შეიძლება იყოს საერთო ჩვენი და სარკისებური სამყაროსთვის.
თუ კანონები, რომლებიც ფიზიკური სისტემის მახასიათებელ სიდიდეებს შორის თანაფარდობას ადგენს, ან ამ სიდიდეთა დროში ცვლილებას განსაზღვრავს, გარკვეული გარდაქმნების დროს, რომელთა ზემოქმედების ქვეშაც ეს სისტემა შეიძლება მოექცეს, არ იცვლება, ამბობენ, რომ ამ კანონებს სიმეტრია გააჩნია, არიან ინვარიანტულები. არსებობს სისწორის კომბინირებული ინვერსია, მუხტის ნიშნის შეცვლა (C, charge), რომელიც ნაწილაკს ანტინაწილაკად გარდაქმნის, სისწორის (P, parity) ინვერსიასთან ერთად, რომელიც სარკულად ”აირეკლავს” ნაწილაკს, ”მარცხენას” შეცვლით ”მარჯვენაზე” (იმპულსის მიმართულება). ძლიერი და ელ.მაგნიტური ურთიერთქმედება CP-ინვერსიის მიმართ სიმეტრიულია (როგორც ფიზიკოსები ამბობენ, ინვარიანტულები), სუსტი კი არა, რაც ზოგიერთი დაშლის დროს დაიმზირება. კერძოდ, ნეიტრალური კაონები (К-მეზონები, რომლებიც s-ანტიკვარკისგან და d ან u-კვარკებისგან შედგება) ოსცილირებენ, ანუ ანტინაწილაკებად გარდაიქმნებიან და პირიქით. გარდაქმნათა ალბათობა პირდაპირი და უკუმიმართულებებით არ არის ერთმანეთის ტოლი, რაც CP-სიმეტრიის დარღვევაზე მიუთითებს.
სარკისებური და ანტიმატერია ერთმანეთში არ უნდა აგვერიოს. ნაწილაკები და ანტინაწილაკები ელექტრული მუხტის ნიშნით განსხვავდება ერთმანეთისგან, ხოლო სარკისებური – კოორდინატთა სისტემის სარკისებური გარდაქმნით. სარკისებური ანარეკლი ნაწილაკის იმპულსს გარდაქმნის (საწინააღმდეგო მიმართულებით მოძრაობს), მაგრამ არ ეხება მის სპინს (იგივე მიმართულებით ”ტრიალებს”). სარკისებური სიმეტრია არა ყველა ნაწილაკისთვის არის შესაძლებელი – მაგალითად, თავისუფალი ელექტრონების, პროტონების, ნეიტრონების, ფოტონების სპინის პროექცია იმპულსის მიმართულებისადმი ერთნაირი ალბათობით დადებითიც შეიძლება იყოს და უარყოფითიც, მაშინ, როცა ნეიტრინოს იმპულსი ყოველთვის საწინააღმდეგოდაა სპინის მიმართ.
ჰიპოთეტური სარკისებური ნაწილაკები არა სადღაც პარალელურ, არამედ ჩვენ სამყაროში, ჩვენ სივრცეში არსებობენ. ისინი თავიანთი, ჩვენზე განუვრცობადი ურთიერთქმედებებით არიან დაკავშირებული. აქედან გამომდინარე, შეიძლება არსებობდეს სარკისებური გალაქტიკები, ვარსკვლავები და პლანეტები (მათ შორის სარკისებური სიცოცხლეც), რომელთა ტელესკოპით დანახვა შეუძლებელია. სარკისებური მატერიის აღმოჩენა მხოლოდ გრავიტაციული ურთიერთქმედებით თუ არის შესაძლებელი, რადგან ჩვეულებრივ მატერიასთან ამ ძალით ურთიერთქმედებს.
წინა საუკუნის 70-იან წლებში, ფიზიკოსთა ძალისხმევა ელემენტარულ ნაწილაკთა სტანდარტული მოდელის შექმნაზე იყო მიმართული და სარკისებური ნაწილაკების ჰიპოთეზა ჩრდილში მოექცა. შემდეგ, მისდამი ინტერესი ისევ გაღვივდა. რაბინდრა მოჰაპატრა: ”ფიზიკოსები, სარკისებურ ნაწილაკებს ორი მიზეზის გამო დაუბრუნდნენ, რაც ბნელი მატერიის ჰიპოთეზის გაძლიერებასთან და ე.წ. სტერილური ნეიტრინოების არსებობის შესაძლებლობასთან იყო დაკავშირებული. ასეთი ნეიტრინოები გრავიტირებენ, თუმცა არც ძლიერ, არც ელექტრომაგნიტურსა და სუსტ ურთიერთქმედებებში არ მონაწილეობენ. ამ კონტექსტში, 1995 წელს
, ავსტრალიელმა თეორეტიკოსებმა, ფუტმა და ვოლკასმა, მათთან დამოუკიდებლად კი ქართველმა ფიზიკოსმა, ზურაბ ბერეჟიანმა (იტალიაში მუშაობს), სარკისებური ნაწილაკების ნამდვილად არსებობის შესახებ იდეა წამოაყენეს. ეს ნაწილაკები თავიანთ თავს სტერილური ნეიტრინოებისა და ბნელი მატერიის სახით ამჟღავნებენ. როგორ აღმოვაჩინოთ სარკისებური მატერია? თუ სარკისებური ვარსკვლავები არსებობს, მათი გამოვლენა გრავიტაციული ლინზირებით შეიძლება დაფიქსირდეს, რაც ჯერჯერობით არ მომხდარა. სხვა მოსაზრების მიხედვით, ჩვენი ფოტონები ძალიან უმნიშვნელოდ შეიძლება შეერიოს სარკისებური სექტორის ფოტონებს, რაც მათი რეგისტრაციის შანსს იძლევა”.
ერთი თეორიის მიხედვით, ჩვენი სამყაროს დაბადებიდან მალევე, სარკისებური მატერია მისი ყველაზე მსუბუქი ნაწილაკების გამოკლებით, დაიშალა. გადარჩენილებს კი კოსმოსური გროვების ფორმირება შეუძლია, ბნელი მატერიის ჰალოს სახით. ამ სცენარით, სარკისებური ვარსკვლავები და პლანეტები არ უნდა არსებობდეს, რადგან მათი ფორმირებსითვის საჭირო ”საშენი მასალა” არსაკმარისი რაოდენობით იქნება დარჩენილი.