Antymateria i sześć kwarków

Zwykła materia w otaczającym nas świecie zbudowana jest z dwóch typów kwarków, nazywanych górnymi i dolnymi, będących składnikami protonów i neutronów. Do jej budowy potrzebne są dodatkowo dwa rodzaje leptonów: elektron oraz neutrino elektronowe (które pojawia się przykładowo w rozpadach promieniotwórczych). Schemat ten powtarza się w dwóch cięższych "rodzinach", każdej zawierającej dwa kwarki i dwa leptony.

Niedawne wyniki uzyskane w zderzaczu LEP w CERN-ie oraz w badaniach astrofizycznych ukazują, że niemożliwe jest istnienie dalszych generacji tego typu. Nie wiemy dlaczego istnieją tylko trzy rodziny i dlaczego ta jedna tworząca nasz świat jest niewystarczająca.

Zagadkę tę można jednak powiązać z jedną z wielkich tajemnic Wszechświata: Co stało się z antymaterią?

Eksperymenty w fizyce cząstek elementarnych wykazują, że materia i antymateria są zawsze produkowane w równych ilościach. Sugeruje to, że tak samo powinno się dziać we wczesnym Wszechświecie z jego ekstremalnymi energiami. Ale jeżeli tak było, to dlaczego antymateria nie zanihilowała całej materii, pozostawiając we Wszechświecie wyłacznie energię w postaci fotonów? Wydaje się, że musiała wtedy istnieć jednak mała, lecz istotna, asymetria między materią a antymaterią.

Naszą jedyną wskazówką co do pochodzenia tej asymetrii jest naruszenie symetrii między cząstkami i antyczastkami, znane jako naruszenie symetrii CP. Obecne zrozumienie tego efektu jest nierozerwalnie związane z faktem istnienia trzech rodzin cząstek. Jak do tej pory był on obserwowany wyłącznie przy rozpadach neutralnych cząstek zwanych kaonami. Zawierają one kwarki dziwne należące do drugiej rodziny i produkowane są obecnie w CERN-ie przy użyciu wiązek protonów w akceleratorze SPS. W LHC, przyszłej maszynie w CERN-ie, z łatwością powinny być produkowane cząstki zawierające cięższe kwarki piękne należące do trzeciej generacji. Jeżeli teoria jest prawdziwa, cząstki zawierające kwarki piękne także powinny ujawniać efekt naruszenia symetrii CP.