Почему во Вселенной так мало антиматерии? Кажется, у физиков есть ответ

Асимметрия вещества и антивещества — одна из величайших загадок физики. Все частицы, составляющие окружающую нас материю, такие как электроны и протоны, имеют почти идентичные версии антивещества, с зеркальными свойствами, такими как противоположный электрический заряд. Когда частицы вещества и антивещества встречаются, они аннигилируют, превращаясь в фотоны.

В чем состоит проблема антивещества?

Существование антивещества было предсказано Полем Дираком в 1928 году и экспериментально подтверждено Карлом Андерсоном, открывшим при изучении космических лучей в 1932 году анти-электрон, названный им позитроном. В течение следующих нескольких следующих десятилетий физики обнаружили, что и остальные частицы материи имеют аналоги из антивещества.

Но если антивещество и вещество зеркально идентичны, то во время Большого взрыва они должны были быть произведены в равных количествах. Между тем, сегодня во Вселенной антивещества почти не осталось —  оно проявляется только в некоторых радиоактивных распадах и в небольшой части космических лучей. Что же с ним случилось — или в чем состоит его асимметрия?

Что показали новые эксперименты?

Группа исследователей из университета Глазго, опираясь на серию экспериментов, проведенных на большом адронном коллайдере (LHC) для изучения разницы между материей и антиматерией, обнаружила новый способ объяснения асимметрии между веществом и антивеществом.

Еще с 1960 года было известно, что частицы, состоящие из кварка и антикварка, называются мезонами, и что четыре нейтральных мезона, B ⁰ _S , B ⁰ , D ⁰ и K ⁰ , могут спонтанно превращаться в свою античастицу. По сути, они являются и мезоном и антимезоном одновременно. Но они нестабильны и быстро распадаются на более стабильные частицы. Принципиальное значение для соотношения количества вещества и антивещества в Вселенной приобретает то, в каком из двух возможных состояний их распад окажется более вероятен, поскольку продукты распада в одном и другом случае являют собой зеркальных антагонистов.

То, что распад мезонов и антимезонов происходит с разной скоростью, было теоретически предсказано т.н. механизмом Кабиббо-Кобаяши-Маскавы (CKM). И вот, анализируя результаты экспериментов на LHC, группа из Глазго нашла экспериментальные подтверждения этим предсказаниям. Мезоны и антимезоны B ⁰ _S действительно распадаются с небольшой разницей, создавая при распаде чуть больше частиц, по сравнению с античастицами.

Сама по себе эта разница не может объяснить почти полное отсутствие антивещества во Вселенной. Но она позволяет предположить, что в горячее и плотной плазме вскоре после Большого взрыва действительно происходили процессы, в которых вещество появлялось в несколько большем количестве, чем антивещество. Затем, по мере остывания Вселенной, все антивещество было аннигилировано равным количеством вещества. В итоге, уцелел только крошечный избыток вещества, и именно этот избыток составляет все, что мы видим во Вселенной сегодня.

Температуры и энергии, которые воспроизводятся в LHC, не имеют аналогов в существующей Вселенной. Подобные процессы, как считается в современной науке, происходили во время Большого взрыва или вскоре после него.

По материалам The conversation

Читайте также:

Большой адронный коллайдер: путешествие к началу Вселенной

12 часов от зачатия до родов: Солнечная система появилась в рекордные сроки

Китай построит самый большой коллайдер в мире