Физики не нашли нарушений CPT-симметрии в распадах ортопозитрония
Физики проверили выполнение CPT-симметрии в процессах трехфотонного распада ортопозитрония с точностью, которая оказалась в три раза больше, чем в предыдущих поисках. Они искали корреляции между спином ортопозитрония и плоскостью, в которой распространяются фотоны после его аннигиляции. Обнаруженная ими величина оказалась статистически незначимой, подтверждая таким образом сохранение фундаментальной симметрии с точностью 10-4. Исследование опубликовано в Nature.
CPT-симметрия — это фундаментальное свойство физических законов, чье нарушение еще ни разу не подтверждалось в эксперименте. Согласно ей, поведение любой физической системы, включая всю Вселенную, не должно поменяться при одновременной замене всех частиц на античастицы, инверсии четности и времени. В физике, однако, не принято утверждать, что нарушений CPT-инвариантности не существует: ученые предпочитают говорить о ее сохранении с некоторой точностью, которая определяется погрешностью эксперимента. Такой подход подразумевает постоянный поиск этих нарушений, который выражается в уменьшении погрешности и постоянном сужении диапазона параметров, в котором CPT-симметрия могла бы не работать.
Поскольку эта инвариантность касается всех типов взаимодействия, физики пробуют искать ее нарушения в различных типах материи. Они проверяют это свойство и на чистых барионах, и на барион-лептонных системах, которым относятся атомы и антиатомы, и на чистых лептонах. В последнем случае интересны электрон-позитронные взаимодействия, поскольку они описываются в рамках квантовой электродинамики, чьи теория и эксперимент достигли точности в 12 знаке после запятой. Предполагается, что исследование угловых корреляций при распаде ортопозитрония на три фотона могло бы помочь обнаружить нарушения CPT-симметрии модельно-независимым способом, но последний подобный эксперимент был проведен почти 20 лет назад, показав относительную точность 3 × 10-3.
Физики, работающие в коллаборации J-PET, базирующейся в Ягеллонском университете, проверили нарушение CPT-симметрии при распаде ортопозитрония на три фотона с точностью, превышающей предыдущий результат в три раза. Установка J-PET представляет собой позитронно-эмиссионный томограф, состоящий цилиндрической камеры, в которой рождаются позитроны, окруженной кольцом из пластиковых сцинтилляторов. Позитронии, то есть связанные системы электронов и позитронов, образуются преимущественно на поверхности вещества, окружающего источник. Эти