Η αντιύλη και τα έξι κουάρκ

Η συνήθης ύλη στον κόσμο γύρω μας είναι φτιαγμένη από δύο τύπους κουάρκ, που ονομάζονται "άνω" (up) και "κάτω" (down), και σχηματίζουν τα νετρόνια και τα πρωτόνια. Επίσης απαιτούνται δύο τύποι λεπτονίων: το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο του ηλεκτρονίου (που εμφανίζεται για παράδειγμα στις ραδιενεργές διασπάσεις). Το ίδιο μοτίβο επαναλαμβάνεται σε δύο βαρύτερες "γενιές", με δύο κουάρκ και δύο λεπτόνια η καθεμιά.

Πρόσφατα αποτελέσματα από τον επιταχυντή συγκρουόμενων δεσμών ηλεκτρονίων ποζιτρονίων LEP στο CERN και από την αστροφυσική δείχνουν ότι δεν είναι δυνατό να υπάρχουν περισσότερες γενιές αυτού του τύπου. Δεν γνωρίζουμε γιατί υπάρχουν μόνο τρεις γενιές ή γιατί η γενιά που διαμορφώνει τον κόσμο γύρω μας δεν ήταν αρκετή.

Παρόλα αυτά, το παζλ μπορεί να συνδεθεί με ένα από τα μυστήρια του Σύμπαντος: Πού πήγε η αντιύλη;

Πειράματα στη φυσική υψηλών ενεργειών δείχνουν ότι η ύλη και η αντιύλη δημιουργούνται πάντα σε ίσες ποσότητες, υποδεικνύοντάς μας ότι αυτό πρέπει να συνέβη στο εξαιρετικά δραστήριο περιβάλλον του πρώιμου Σύμπαντος. Αλλά αν ήταν έτσι, γιατί η αντιύλη δεν εξαΰλωσε εντελώς την ύλη, αφήνοντας μόνο ενέργεια (φωτόνια) στο Σύμπαν; Αντί γι' αυτό φαίνεται ότι υπήρχε μια μικρή αλλά σημαντική ασυμμετρία μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Το μόνο στοιχείο που έχουμε για την προέλευση αυτής της ασυμμετρίας προέρχεται από ένα σπάσιμο της συμμετρίας μεταξύ σωματιδίων και αντισωματιδίων, γνωστή ως παραβίαση CP. Το φαινόμενο αυτό έτσι όπως το καταλαβαίνουμε σήμερα είναι άρρηκτα δεμένο με την ύπαρξη των τριών γενεών. Μέχρι στιγμής έχει παρατηρηθεί μόνο στις ουδέτερες μορφές σωματιδίων που ονομάζονται καόνια, τα οποία περιέχουν "παράξενα" (strange) κουάρκ της δεύτερης γενιάς, και κατασκευάστηκαν πρόσφατα στο CERN με δέσμες πρωτονίων από το υπερσύγχροτρο πρωτονίων SPS. Ο μεγάλος επιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών αδρονίων (LHC), η νέα μηχανή του CERN, θα μπορεί να παράγει άμεσα σωματίδια που περιέχουν τα βαρύτερα "χαμηλά" (bottom) κουάρκ της τρίτης γενιάς. Εάν η θεωρία είναι σωστή, τα σωματίδια που περιέχουν χαμηλά κουάρκ θα πρέπει κι αυτά να εμφανίσουν το φαινόμενο του σπασίματος της συμμετρίας, της παραβίασης CP.