Golden Jubilee Photos: A Universal Imbalance
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Description
View along the NA48 beamline with the detector in the distance.
No one is sure why the Universe wound up the way it has: all matter and no antimatter. According to prevailing theories, the early universe had equal amounts of matter and antimatter. However, whenever such opposites meet, they annihilate and become a burst of energy. This would seem to leave the Universe with neither matter nor antimatter - and thus no stars, planets, or physicists.
If nature shows a bias for matter over antimatter, this could explain why the Universe is all matter. To see what might be missing from the theories, physicists search for the rare cases in which matter and antimatter behave differently. One such imbalance, called direct CP violation, showed up in the NA 31 experiment at CERN. The results from this experiment, first presented in 1993, showed that when K mesons and their antimatter cousins decay, they show a slight preference for matter over antimatter.
Later experiments with neutral K mesons, including NA48 at CERN at KTeV at Fermilab in the United States, showed direct CP violation is real. And this August, two more experiments - BaBar at SLAC in the United States and Belle at KEK in Japan - found neutral B mesons also show direct CP violation. This effect falls far short of explaining the imbalance in the Universe between matter and antimatter, however. But since this bias is much larger than predicted by the standard theories of particle physics, it may point to something more fundamental that could explain why there is only matter. The search continues.
Other (French)
Vue de l'expérience NA48 avec la ligne de faisceau et le détecteur au fond
Personne ne sait réellement pourquoi l'Univers est devenu tel qu'il est aujourd'hui : composé entièrement de matière et totalement dénué d'antimatière. Selon les théories actuelles, l'Univers primordial comportait autant d'antimatière que de matière. Or, on sait que, chaque fois que ces particules et anti-particules se rencontrent, elles s'annihilent dans une bouffée d'énergie. Pourquoi, dès lors, l'Univers n'est-il pas aussi vide de matière que d'antimatière, sans étoiles, ni planètes, ni physiciens ?
Si la nature tend à privilégier la matière, cela pourrait expliquer l'absence d'antimatière dans l'Univers. Les physiciens recherchent donc les rares cas où matière et antimatière se comportent différemment afin de déceler ce qui fait défaut dans la théorie. L'expérience NA31, menée au CERN, a mis en évidence un tel déséquilibre, appelé violation directe de CP. Ses résultats, présentés pour la première fois en 1993, ont montré que lorsque des mésons K et leurs antiparticules se désintègrent, la matière est très légèrement favorisée.
Des expériences plus récentes avec des mésons K neutres, dont NA48 au CERN et KTeV à Fermilab aux Etats-Unis, ont confirmé le phénomène. Et au mois d'août, deux autres expériences, BaBar à SLAC aux Etats-Unis et Belle à KEK au Japon, ont mis en évidence la violation directe de CP sur des mésons B neutres. Certes, la violation directe de CP est loin de pouvoir expliquer le déséquilibre entre matière et antimatière dans l'Univers. Toutefois, comme ce penchant est beaucoup plus important que ne le prédisent les théories admises de la physique des particules, les physiciens pourraient être guidés vers un principe plus fondamental susceptible d'expliquer pourquoi l'Univers ne comporte que de la matière. La quête continue.
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Identifiers
- CDS
- 791947
- CDS Report Number
- BUL-NA-2004-177
- Aleph number
- 000034134MMD