Уявіть світ задовго до динозаврів, яким ми їх знаємо. Світ вологий, теплий, повний річок та озер, де правили бал істоти, про які сьогодні мало хто чув. Одне з таких створінь – справжній гігант свого часу, амфібія розміром із невеликого алігатора. І ось, нещодавно, у Вайомінгу вчені натрапили на щось разюче: ціле «цвинтар» цих стародавніх створінь, що збереглося так добре, ніби вони загинули буквально вчора. Але ось проблема — чому вони померли всі разом, так раптово? Ця історія – справжня палеонтологічна загадка.

Хто цей здоров’як із Тріаса?

Знайомтесь, Buettnererpeton bakeri. Непросте ім’я, правда? Це був один із темноспондилів — групи стародавніх амфібій, які вважаються пра-пра-прадідками сучасних жаб і саламандр. Жив цей хлопець приблизно 230 мільйонів років тому, у тріасовому періоді, і був ендеміком Північної Америки. Уявіть такого собі присадкуватого, але потужного хижака з широкою пащею, який більшу частину життя проводив у прісних водоймах.

Як кажуть палеонтологи Дейв Лавлейс та Аарон Куфнер, які вивчали знахідку, ця тварина була засадним мисливцем. «Ймовірно, він проводив майже весь час у воді, полюючи на рибу, інших амфібій… та й взагалі на будь-яку бідолаху, якій не пощастило виявитися надто близько до краю води». Такий собі водяний тиран свого часу. Донедавна про ці істоти ми знали до образливого мало — аж надто рідко траплялися їхні останки. Але розкопки на ділянці Ноббі Ноб у Вайомінг все змінили.

Не просто кістки, а ціла сцена катастрофи

Те, що знайшли Лавлейс, Куфнер та їхня команда, — це не просто пара кісточок. Це десятки скелетів Buettnererpeton! Кількість відомих науці зразків цього виду миттєво зросла більше ніж удвічі. Оце знахідка!

Але найцікавіше – як вони збереглися. Зазвичай кістки древніх тварин знаходять розрізнено, перемішаними, що накопичилися за довгі роки. А тут зовсім інша картина. Все вказує на те, що ці амфібії загинули практично одночасно, внаслідок якогось локального катаклізму.

«Це схоже на те, що ми бачимо і сьогодні, – пояснюють вчені, – коли річка пересихає або в озері починається бурхливе цвітіння водоростей через надлишок поживних речовин. І те, й інше може швидко вбити багато водних мешканців».

Чому безпека така дивовижна?

Секрет криється у самій породі, де знайшли скам’янілості. Найдрібніші частинки глини та мулу, шаруваті опади — все це говорить про те, що вода тут була спокійною, без сильних течій. Уявіть собі тиху заплаву або ставок, що меліє. Саме завдяки таким «ніжним» умовам поховання скелети не рознесло течією, багато кісток залишилися зчленованими, як за життя.

«Ми знайшли такі фрагменти скелета, з’єднані разом, які майже ніколи не зустрічаються в інших місцях з останками метопозавридів у Північній Америці, а для Buettnererpeton вони взагалі були невідомі», — поділяються палеонтологи.

Серед сюрпризів — зубні пластини, що добре збереглися, які кріпилися до м’яких тканин піднебіння амфібії. А ще — цікава історія зі скам’янілістю дрібних безхребетних, знайдених поряд. Схоже, їх тверді раковини з карбонату кальцію розчинилися вже після поховання під шаром мулу, але зовнішній органічний шар встиг залишити чіткий відбиток у породі, що формується, перш ніж зникнути самому. Це як негатив стародавнього життя!

Так що ж сталося? Версії Трагедії

Точної причини масової загибелі ми, звісно, ​​не знаємо. Але є дві основні гіпотези. Перша — поруч могла бути велика колонія Buettnererpeton, можливо, місце їх розмноження. Якась різка зміна умов (хвороба? раптовий викид отруйних газів з дна?) могла разом знищити все місцеве «населення».

Друга версія – посуха. Можливо, водоймище, де жили ці амфібії, почало стрімко меліти, перетворюючись на невелику калюжу. Тварини виявилися замкненими на маленькому п’ятачку, вода ставала дедалі гіршою (мало кисню, багато відходів життєдіяльності) — і вони всі загинули.

Як влучно висловився Куфнер, «це скупчення — моментальний знімок однієї популяції, а не результат накопичення останків за довгий час». Це як стоп кадр древньої драми.

Навіщо нам це знати?

Ця знахідка більше, ніж просто купа стародавніх кісток. Це вікно в екосистему тріасового періоду. Вивчення того, як саме збереглися останки (це називається тафономія — ціла наука про перетворення живого на викопне), дає масу інформації не лише про самих тварин, а й про довкілля того часу.

Сьогодні такі детальні дослідження умов поховання стали нормою у палеонтології, хоча ще півстоліття тому це було рідкістю. І робота на Ноббі Ноб — яскравий приклад того, скільки всього можна дізнатися, якщо уважно дивитися не лише на кістки, а й на камінці навколо них.

Вчені сповнені оптимізму. Вони сподіваються, що їхня робота приверне увагу до цього унікального місця, і подальші дослідження допоможуть нам ще краще зрозуміти самого Buettnererpeton bakeri, і той далекий світ, в якому він жив і так трагічно загинув. Як кажуть самі дослідники, «має зробити ще дуже багато!» І хто знає, які ще таємниці зберігає давня земля Вайомінг? Інтригує, правда?

Матерія і антиматерія повинні були повністю знищити одна одну ще еони тому, залишивши Всесвіт абсолютно порожнім місцем. Очевидно, що цього не сталося. Експерименти на Великому адронному колайдері (LHC) могли виявити нові підказки щодо того, як нам вдалося уникнути цієї апокаліптичної долі. Дослідження натякають на несподівану відмінність у розпадах частинок, званих баріонами, і їхніх антиматеріальних двійників.

Антиматерія, по суті, повинна бути ідентичною звичайній матерії, за винятком того, що її античастинки мають протилежний заряд відповідним частинкам. Проте ця крихітна відмінність має величезні наслідки: коли частинка і античастинка зустрічаються, вони знищують одна одну у спалаху енергії.

Моделі вказують, що Великий вибух мав створити однакову кількість матерії та антиматерії. Однак це означало б, що всі частинки, що утворилися на ранніх етапах, мали б анулювати одна одну ще до того, як могли б сформуватися зірки, планети та саме життя.

Оскільки ми тут, щоб розмірковувати над цим парадоксом, очевидно, що щось змінило перебіг подій. Через якийсь невідомий механізм у Всесвіті залишилося трохи більше матерії, ніж антиматерії. Фізики CERN проаналізували дані LHC та виявили переконливі докази того, що існують й інші відмінності в поведінці матерії й антиматерії, які сприяють цій асиметрії, від якої залежить наше існування.

Порушення симетрії CP: ключ до розгадки

Згідно з теорією, усі частинки повинні підкорятися так званій симетрії заряд-парність (CP). Іншими словами, якщо б ми змінили заряд усіх частинок у Всесвіті на протилежний і дзеркально відобразили їхні координати у просторі, цей «дзеркальний» Всесвіт усе ще мав би дотримуватися тих самих фізичних законів.

Проте з’ясувалося, що деякі взаємодії порушують цю симетрію. У 1964 році було проведено знаковий експеримент, який показав, що частинки, відомі як K²-мезони, іноді розпадаються на продукти, що неможливі без порушення симетрії CP. Це траплялося вкрай рідко — приблизно у 2 випадках з 1000 розпадів, але навіть цього було достатньо, щоб кинути виклик тодішнім уявленням про фізику.

CERN знаходить підказки щодо того, як Всесвіту вдалося уникнути антиматеріальної апокаліптики

Протягом наступних десятиліть виявляли схожі порушення CP у різних інших частинках, але завжди лише серед мезонів. Це не могло пояснити рідкість антиматерії у Всесвіті. Досі порушення CP не спостерігали у баріонах — основному класі частинок, з яких складається більшість видимої матерії у Всесвіті.

Нове дослідження вперше виявило порушення CP у баріонах за допомогою експерименту, подібного до дослідження 1964 року, але в значно більшому масштабі. Замість K²-мезонів дослідники зосередилися на частинках, відомих як лямбда-бьюті-баріони (Λb) і їхніх антиподах.

Якщо симетрія CP діє, то Λb і анти-Λb повинні розпадатися з однаковою швидкістю. Якщо ж існує значна різниця, це свідчить про порушення CP.

Дослідники з колаборації LHCb проаналізували десятки тисяч розпадів, зафіксованих під час перших двох запусків LHC у 2009–2018 роках. Вони виявили різницю приблизно в 2,45% між розпадами матерії й антиматерії. Це відхилення на 5,2 стандартних відхилення від нуля, що є достатньо значним для підтвердження спостереження порушення CP.

«Причина, через яку знадобилося більше часу для спостереження порушення CP у баріонах, ніж у мезонах, полягає в розмірі ефекту та доступних даних», — пояснює Вінченцо Ваньоні, представник колаборації LHCb.

«Нам була потрібна установка, така як LHC, здатна виробляти достатню кількість бьюті-баріонів і їхніх антиматеріальних аналогів, а також експеримент, здатний точно визначати їхні продукти розпаду.

Знадобилося понад 80 000 розпадів баріонів, щоб вперше побачити асиметрію матерії та антиматерії у цьому класі частинок.» Цей прорив може надати підказки про існування нових сил і частинок, які допоможуть розв’язати загадку, чому антиматерія не знищила весь Всесвіт.

«Чим більше систем, у яких ми спостерігаємо порушення CP, і чим точніші вимірювання, тим більше можливостей ми маємо перевірити Стандартну модель і знайти фізику за її межами», — додає Ваньоні.

Дослідження було подано до журналу Nature, а версія, що ще не пройшла рецензування, наразі доступна на arXiv.