För första gången någonsin har fysiker vid världens största atomsmaskare observerat skillnader i sönderfallet av partiklar och antipartiklar som innehåller en grundläggande byggsten av materia, kallad charm quark.
Upptäckten kan hjälpa till att förklara mysteriet om varför materia alls finns.
"Det är en historisk milstolpe," sa Sheldon Stone, professor i fysik vid Syracuse University och en av medarbetarna i den nya forskningen.
Matter och antimateria
Varje partikel av materia har en antipartikel, som har samma massa men med motsatt elektrisk laddning. När materia och antimateria möts förintas de varandra. Det är ett problem. Big Bang borde ha skapat en motsvarande mängd materia och antimateria, och alla dessa partiklar borde ha förstört varandra snabbt och inte lämnat något annat än ren energi.
Begreppet CP-brott kom från den ryska fysikern Andrei Sakharov, som föreslog den 1967 som en förklaring till varför materien överlevde Big Bang.
"Detta är ett av kriterierna som krävs för att vi ska kunna existera," sade Stone, "så det är ganska viktigt att förstå vad ursprunget till CP-brott är."
Det finns sex olika typer av kvarkar, alla med sina egna egenskaper: upp och ner, topp och botten och charm och konstigt. 1964 observerade fysiker först CP-kränkningen i verkliga livet i konstiga kvarkar. 2001 såg de det hända med partiklar som innehåller bottenkvarkar. (Båda upptäckterna ledde till Nobelpriser för de involverade forskarna.) Fysiker hade länge teoretiserat att det hände med partiklar som innehöll charmkvarkar, men ingen hade någonsin sett det.
Charmad, jag är säker
Stone är en av forskarna på skönhetsexperimentet Large Hadron Collider (LHC), som använder CERN: s Large Hadron Collider, den 16,5 mil (27 kilometer) ringen vid den fransk-schweiziska gränsen som skickar subatomära partiklar som bryr sig i varandra för att åter- skapa blixtar av förvirrande energi som följde Big Bang. När partiklarna krossar i varandra bryter de in i deras beståndsdelar, som sedan rönnar i fraktioner av en sekund till mer stabila partiklar.
De senaste observationerna involverade kombinationer av kvarkar som kallas mesoner, specifikt D0 ("d-zero") meson och anti-D0 meson. D0-meson består av en charm-kvark och en anti-up-quark (antipartikeln av up-quarken). Anti-D0-meson är en kombination av en anti-charm-kvark och en upp-kvark.
Båda dessa mesoner sönderfaller på många sätt, men en liten procentandel av dem hamnar som mesoner som kallas kaoner eller pioner. Forskarna mätte skillnaden i sönderfallshastigheter mellan D0 och anti-D0-meson, en process som involverade att genomföra indirekta mätningar för att säkerställa att de inte bara mätte en skillnad i initialproduktionen av de två mesonerna, eller skillnader i hur väl deras utrustning kunde detektera olika subatomära partiklar.
Poängen? Förfallförhållandena varierade med en tiondel av en procent.
"Medlet D0 och anti-D0 sönderfaller inte i samma takt, och det är vad vi kallar CP-brott," sade Stone.
Och det gör saker intressanta. Skillnaderna i förfallen är förmodligen inte tillräckligt stora för att förklara vad som hände efter Big Bang för att lämna så mycket materie, sade Stone, även om den är tillräckligt stor för att bli överraskande. Men nu, sade han, får fysikteoretikerna sin tur med uppgifterna.
Fysiker förlitar sig på något som kallas standardmodellen för att förklara, allt, på den subatomära skalan. Frågan nu, sade Stone, är om de förutsägelser som gjorts av standardmodellen kan förklara mätningen av charmkvark som teamet just gjorde, eller om det kommer att kräva någon form av ny fysik - vilket, enligt Stone, skulle vara det mest spännande resultatet.
"Om detta bara kunde förklaras av ny fysik, kunde den nya fysiken innehålla idén om var denna CP-brott kommer från", sade han.
Forskare tillkännagav upptäckten i en CERN-webbutsändning och publicerade en förtryck av ett papper som beskriver resultaten online.
- Vad är det? Dina fysiska frågor besvarade
- De 18 största olösta mysterierna i fysik
- Foton: Världens största Atom Smasher (LHC)
