มีปัญหาเล็กน้อยในจักรวาล: สสาร ดวงดาว ดาวเคราะห์ และสิ่งมีชีวิตล้วนสร้างจากสิ่งต่างๆ แต่ถ้านักฟิสิกส์เชื่อสิ่งที่พวกเขาเห็นในการทดลองที่เครื่องเร่งอนุภาค เอกภพไม่ควรมีสสารเลย เป็นที่เชื่อกันว่าสสารและปฏิสสารในปริมาณที่เท่ากันถูกสร้างขึ้นในบิกแบงเมื่อประมาณ 14 พันล้านปีก่อน และสสารและปฏิสสารนี้ควรจะทำลายล้างซึ่งกันและกันอย่างสมบูรณ์ในไม่ช้าหลังจากนั้น เหลือเพียงเมฆโฟตอน
แทนที่
จะเป็นเช่นนั้น ปฏิสสารแทบไม่มีอยู่ในเอกภพปัจจุบันเลย โดยพบในปริมาณที่น้อยที่สุดสำหรับการชนกันระหว่างอนุภาคคอสมิกเพียงชั่วพริบตาเดียว แล้วมันไปอยู่ที่ไหน? กุญแจสำคัญในการตอบคำถามนี้จัดทำขึ้นในปี 2508 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียและผู้คัดค้าน เขาเสนอว่าความไม่สมดุลเล็กน้อย
ที่สังเกตได้ระหว่างคุณสมบัติระดับจุลภาคของสสารและปฏิสสาร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการละเมิดความเท่าเทียมกันของประจุ อาจมีส่วนรับผิดชอบต่อความเหนือกว่าของสสารมากกว่าปฏิสสาร ตอนนี้การทดลอง สองครั้งได้ให้แสงสว่างใหม่แก่ปรากฏการณ์ลึกลับนี้ การทดลอง ในสหรัฐอเมริกา
และการทดลอง ที่ห้องปฏิบัติการ KEK ในญี่ปุ่น ได้รวบรวมข้อมูลจากการชนของสสารกับปฏิสสารมากกว่า 150 ล้านครั้ง และผลลัพธ์ที่ได้ก็ตรึงผลกระทบด้วยความแม่นยำเป็นประวัติการณ์
ความน่าดึงดูดของความสมมาตร คำจำกัดความของสสารและปฏิสสารเป็นแบบธรรมดาเท่านั้น
อนุภาคที่เกิดขึ้นในสสารในชีวิตประจำวันและลูกพี่ลูกน้องที่หนักกว่าของพวกมันจะติดป้ายว่าสสาร ในขณะที่ปฏิอนุภาคที่สอดคล้องกันของพวกมันจะติดป้ายว่าปฏิสสาร ในทฤษฎีที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมูลฐาน แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค ปฏิสสารเกี่ยวข้องกับสสาร
โดยการดำเนินการที่เรียกว่าการผันประจุ C ซึ่งเปลี่ยนอนุภาคให้เป็นปฏิปักษ์ที่สอดคล้องกัน ไม่ว่าจะมีความสมมาตรที่แน่นอนระหว่างสสารและปฏิสสารหรือไม่นั้นเป็นคำถามที่น่าสนใจมาก ความสมมาตรมีความสำคัญในวิชาฟิสิกส์เพราะจะทำให้คำอธิบายของระบบง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น วงกลมมีสมมาตร
แบบหมุนได้
เพราะมันจะดูเหมือนกันถ้าเราหมุนวงกลมรอบจุดศูนย์กลาง ในทางคณิตศาสตร์ สิ่งที่เราต้องรู้เพื่อให้สามารถกำหนดวงกลมได้คือพิกัดของจุดศูนย์กลาง เมื่อเทียบกับระบบพิกัดบางระบบ และรัศมีของมัน แต่ระบบที่มีความสมมาตรมักจะซ่อนบางสิ่งไว้ด้วย ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการกำหนด
และวัดการวางแนวของวงกลม เราต้องบิดเบี้ยวด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งก่อน เราอาจเพิ่มหยดที่จุดหนึ่งบนเส้นรอบวง ซึ่งจะทำลายหรือ “ละเมิด” สมมาตรในการหมุนของมัน ทิศทางของวงกลมสามารถกำหนดได้ในแง่ของตำแหน่งของหยด อย่างไรก็ตาม ตอนนี้เรามีหลายสิ่งหลายอย่างที่ต้องวัด
เช่นเดียวกับที่รูปทรงเรขาคณิตสามารถแสดงความสมมาตรได้ ระบบไดนามิกทั้งหมดก็เช่นกัน แต่มีความแตกต่างที่สำคัญประการหนึ่ง สมมาตรส่วนใหญ่ของระบบไดนามิกมีผลอย่างมากที่ปริมาณบางส่วนในระบบได้รับการอนุรักษ์ไว้ สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน ในปี 1915
เมื่อเธอ
แสดงให้เห็นว่าสมมาตรแสดงถึงกฎการอนุรักษ์ และในทางกลับกันตัวอย่างเช่น ผลลัพธ์ของการทดลองไม่ได้ขึ้นอยู่กับสถานที่ทำการทดลอง หรือขึ้นอยู่กับการวางแนวของอุปกรณ์ ผลที่ตามมาของสมมาตรเฉพาะเหล่านี้คือโมเมนตาเชิงเส้นและเชิงมุมจะถูกรักษาไว้ ในทำนองเดียวกัน
กฎของฟิสิกส์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเวลาที่ถูกกำหนด สมมาตรซึ่งมีผลตามมาคือการอนุรักษ์พลังงาน นอกจากนี้ การทดลองจะไม่ไวต่อเฟสโดยรวมของฟังก์ชันคลื่นกลเชิงควอนตัม ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่าความไม่แปรผันของมาตรวัด ซึ่งนำไปสู่การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า การวัดทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด
ใช้ระบบพิกัด ตัวอย่างเช่น ถ้าเราต้องการวัดระยะห่างระหว่างมวลสองมวล เราต้องใช้ไม้บรรทัด แต่มันคงเป็นเรื่องไร้สาระหากกฎของฟิสิกส์ต้องขึ้นอยู่กับต้นกำเนิดหรือทิศทางของไม้บรรทัด แท้จริงแล้ว ความเท่าเทียมกันของระบบพิกัดที่แตกต่างกันเป็นหลักการพื้นฐานที่สุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ
อย่างไรก็ตาม เราต้องทำการทดลองเพื่อทดสอบว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพนั้นเป็นไปตามความสมมาตรเฉพาะหรือไม่ และเป็นข้อเท็จจริงเชิงประจักษ์ที่คำอธิบายของเราเกี่ยวกับธรรมชาตินั้นไม่เหมือนกันเมื่อพิกัดของมันสะท้อนในกระจก ซ้ายขวาเป็นธรรมชาติ ระบบพิกัดไม่ได้ถูกกำหนด
โดยจุดกำเนิดและทิศทางเท่านั้น เราต้องเลือก “ความถนัดมือ” ของมันด้วย เนื่องจากนักศึกษาระดับปริญญาตรีที่ทำงานหนักกับแม่เหล็กไฟฟ้าจะยืนยัน ในฟิสิกส์ของอนุภาค ระบบพิกัดทางซ้ายและทางขวาสัมพันธ์กันโดยสิ่งที่เรียกว่าการแปลงพาริตี P การดำเนินการนี้กลับสัญญาณของพิกัดเชิงพื้นที่
ทั้งสาม – x, y และ z – ในลักษณะเดียวกับที่ ตัวดำเนินการผันประจุ C กลับเครื่องหมายของประจุไฟฟ้าของอนุภาค ในตอนต้นของทศวรรษ 1950 มีการพิจารณาอย่างชัดเจนในตัวเองแล้วว่ากฎของฟิสิกส์ไม่ควรขึ้นอยู่กับความถนัดของระบบพิกัดที่ใช้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคควรรักษา
ความเท่าเทียมกัน แต่ต่อมาได้รับการพิสูจน์แล้วว่าผิด ในปี 1956 และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าการสลายกัมมันตภาพรังสีบีตาของนิวเคลียสของโคบอลต์โดยเฉพาะ ซึ่งถูกโพลาไรซ์เพื่อให้โมเมนต์เชิงมุมของพวกมันหมุนไปในทิศทางเดียวกันนั้นไม่สมมาตรภายใต้การแปลงพาริตี้
อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวพบว่าถูกปล่อยออกมาเป็นพิเศษในทิศทางตรงกันข้ามกับโพลาไรเซชันของนิวเคลียส ซึ่งหมายความว่าการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีอย่างอ่อนที่เราสังเกตเห็นในธรรมชาตินั้นมีความเป็นไปได้สูงกว่าภาพสะท้อนในกระจกผลลัพธ์นี้ถูกนำไปใช้ในบริบทที่กว้างขึ้น
