تمام ماده در جهان ما یک دوقلوی شیطانی دارد: پادماده. مدل‌های کیهان‌شناسی نشان می‌دهند که مهبانگ باید مقدار برابری از ماده و پادماده تولید کرده باشد که یکدیگر را خنثی می‌کردند. اما به دلایلی که فیزیکدانان هنوز به‌طور کامل از آن مطمئن نیستند، این اتفاق نیفتاد. در نتیجه، جهان ما امروز مقدار اندکی ماده بیشتر از پادماده دارد—وجود خود ما گواه فیزیکی و روشنی بر این عدم توازن است.
اکنون، ممکن است یک گام دیگر به سوی توضیح دلیل این عدم تعادل میان ماده و پادماده نزدیک شده باشیم—رازی حل‌نشده در فیزیک که به‌طور رسمی به نام «نقض تقارن بار ـ پاریته» یا «نابرابری CP» شناخته می‌شود. در مقاله‌ای که امروز در نشریه Nature منتشر شد، پژوهشگران LHCb در مرکز سرن سوئیس، برای نخستین‌بار تأیید آزمایشگاهی نقض CP در واپاشی باریون‌ها را گزارش کردند—ذرات بنیادی‌ای که بیشتر ماده‌ی قابل مشاهده در جهان را تشکیل می‌دهند. این نتایج پیش‌تر در کنفرانس Rencontres de Moriond اعلام شده بود.
«تا همین اواخر، نقض CP فقط به‌وضوح در مزون‌ها mesons دیده شده بود—ذراتی که از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل شده‌اند»، شوئتینگ یانگ، فیزیک‌دان LHC و نویسنده اصلی این مطالعه، در ایمیلی به Gizmodo توضیح داد. «این نتیجه نشان می‌دهد که باریون‌ها—که از سه کوارک ساخته شده‌اند، مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها—نیز می‌توانند تقارن CP را نقض کنند.»
با وجود این‌که این یافته گامی مهم به‌شمار می‌رود، اما هنوز به مشاهده کامل «نابرابری باریونی» نرسیده‌ایم—یعنی همان پارادوکسی که چرا اکنون در جهان ماده بیشتر از پادماده وجود دارد. آنچه تیم یانگ مشاهده کرد، نمونه‌ای از نقض CP در واپاشی باریون‌ها بود، یعنی تفاوت اندکی در رفتار بین یک باریون و همتای پاد‌ماده‌اش هنگام فروپاشی به ذرات کوچک‌تر.
شان کارول، فیزیک‌دان نظری از دانشگاه جانز هاپکینز که در این پروژه نقشی نداشته، در تماس تصویری با Gizmodo گفت: «خب، این بخش کوچکی از یک پازل خیلی بزرگ‌تر است—اما خب، هر بخش اهمیت دارد. وقتی پدیده‌ای را پیدا می‌کنید که پیش از این هرگز دیده نشده، ذاتاً جالب است... و شاید بتواند به ما بیاموزد که چرا باریون‌ها بیشتر از پاد‌باریون‌ها در جهان وجود دارند.»
در این مطالعه، تیم یانگ حدود ۹ سال داده از واپاشی تقریباً یک تریلیون باریون لامبدای سنگین (Λb)—همتای سنگین‌تر پروتون‌ها و نوترون‌ها—را بررسی کرد. در حدود یک تریلیونیوم ثانیه، باریون‌های لامبدای سنگین و پاد‌ماده‌ی آن‌ها به ذرات کوچک‌تر واپاشی می‌کنند، که نیازمند توان فنی عظیمی مانند برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی (LHC) برای ثبت این رویدادها است.
پژوهشگران از میان این داده‌ها، تعاملاتی را که برایشان اهمیت داشت، جدا کردند—یعنی رفتار واپاشی باریون‌های لامبدای سنگین و پاد‌همتایان‌شان. کارول توضیح داد: «اگر تقارن CP برقرار بود، نرخ این تعاملات دقیقاً برابر می‌بود. اما چون نقض می‌شود، نرخ‌ها کمی متفاوت‌اند.»
این تفاوت در حدود ۲.۵٪ بود—اندک، اما از لحاظ آماری معنادار؛ و به اندازه‌ای که تیم بتواند برای توسعه بیشتر این یافته، ایده‌پردازی را آغاز کند.
یانگ گفت: «مطالعه نحوه شکل‌گیری، تعامل و واپاشی باریون‌ها برای درک نیروهای بنیادی طبیعت ضروری است. این مشاهده تنها آغازی است. برای پاسخ به این‌که چرا [در جهان] ماده بیشتر از پادماده است، به منابع بیشتری از نقض CP نیاز داریم فراتر از آنچه مدل استاندارد فیزیک ذرات ارائه می‌دهد.»
مدل استاندارد—نظریه‌ای که رفتار ذرات را با دقت خیره‌کننده‌ای توصیف می‌کند—همچنان شاهکار و در عین حال، چالش بزرگ فیزیک ذرات است. این مدل تقریباً همه‌چیز را به‌طرز خارق‌العاده‌ای توضیح می‌دهد، اما برخی پدیده‌های مهم شناخته‌شده مانند گرانش یا ماده تاریک را نادیده می‌گیرد. از این رو، وقتی LHC پا به میدان گذاشت، فیزیکدانان انتظار زیادی از آن داشتند—که البته تاکنون نیز دستاوردهای بزرگی داشته است. اما مانند تمام کشفیات مهم فیزیکی، رسیدن به «جام مقدس» نیازمند زمان بیشتری است.
کارول گفت: «راستش را بخواهید، کمی ناامید شدیم که برخورددهنده بزرگ هادرونی هنوز چیزی فراتر از مدل استاندارد پیدا نکرده. اما فکر می‌کنم جستجو هنوز بسیار مهم است. LHC دستگاهی شگفت‌انگیز است که کارهای خارق‌العاده‌ای انجام داده—اما هنوز ما را به سرزمین موعود نرسانده. این یادآوری دوباره‌ای است که سؤالات بزرگی در پیش رو داریم، و ما به‌عنوان نوع بشر، باید نهایت تلاشمان را برای پاسخ دادن به آن‌ها به‌کار بگیریم.»