Главная » Hi-Tech » Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии?

Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии?

Это, пожалуй, самый глубокий вопрос, который может показаться совершенно выходящим за рамки физики элементарных частиц. Почему мы существуем? Чтобы понять, почему мы существуем, нужно сперва отправиться на 13,8 миллиардов лет назад, во времени Большого Взрыва. Но наш новый эксперимент на Большом адронном коллайдере ЦЕРН приблизил нас к ответу. Это событие произвело равное количество вещества, из которого мы состоим, и антивещества.

Когда частица и ее античастица встречаются, они аннигилируют — исчезают во вспышке света. Считается, что каждая частица имеет партнера из антиматерии, который практически идентичен ей, однако обладает противоположным зарядом.

Где все антивещество?

Если когда-то было равное количество антивещества, все во Вселенной аннигилировало бы. Почему Вселенная, которую мы видим, состоит целиком из материи, это одна из величайших загадок современной физики. И вот, недавно опубликованное исследование, похоже нашло новый источник асимметрии между материей и антиматерии.

Позитроны рождаются в естественных радиоактивных процессах, например, распада калия-40. Об антиматерии первым заговорил Артур Шустер в 1896 году, затем в 1928 году Поль Дирак привел ей теоретическое обоснование, а в 1932 году Карл Андерсон обнаружил ее в форме антиэлектронов, которые получили название позитронов. Затем он аннигилирует с электронами в материи, производя свет. Это означает, что обычный банан (содержащий калий) испускает позитрон каждые 75 минут. Медицинские приложения вроде сканеров PET также производят антиматерию в аналогичном процессе.

Существует шесть видов кварков: верхний, нижний, странный, очарованный, истинный и красивый. Основными строительными блоками вещества, из которого состоят атомы, являются элементарные частиц — кварки и лептоны. Есть также антиматериальные копии этих двенадцати частиц, которые отличаются только своим зарядом. Точно так же, существует шесть лептонов: электрон, мюон, тау и три вида нейтрино.

Но эксперименты показывают, что это не всегда так. Частицы антивещества в принципе должны быть идеальным зеркальным отражением своих обычных спутников. Нейтральные мезоны имеют удивительную особенность: они могут самопроизвольно превращаться в свой анти-мезон и наоборот. Возьмем, к примеру, частицы, известные как мезоны, которые состоят из одного кварка и одного антикварка. Однако эксперименты показали, что это может происходить чаще в одном направлении, чем в другом — в результате чего материи становится больше со временем, чем антиматерии. В этом процессе кварк превращается в антикварк или антикварк превращается в кварк.

Третий раз — волшебный

Самое первое наблюдение асимметрии с участием странных частиц в 1964 году позволило теоретикам предсказать существование шести кварков — в то время, когда было известно, что существует только три. Среди частиц, содержащих кварки, такие асимметрии обнаружены только у странных и красивых кварков — и эти открытия стали чрезвычайно важными. Оба открытия принесли Нобелевские премии. Открытие асимметрии у красивых частиц в 2001 году стало окончательным подтверждением механизма, которое привело к картине с шестью кварками.

Единственный положительно заряженный кварк, который в теории должен быть способен образовывать частицы, которые могут проявлять асимметрию вещества и антивещества — это очарованный. И странный, и красивый кварки переносят отрицательный электрический заряд. Теория предполагает, что он это делает, его эффект должен быть незначительным и трудно находимым.

Это стало возможным благодаря беспрецедентному количеству очарованных частиц, произведенными непосредственно в столкновениях на БАК. Но эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере смог наблюдать такую асимметрию в частицах, называемых D-мезонами, которые состоят из очарованных кварков — впервые. Результат показывает, что вероятность того, что это статистическая флуктуация, составляет 50 на миллиард.

И это важно, так как несколько известных случаев асимметрии не могут объяснить, почему во Вселенной так много материи. Если эта асимметрия рождается не из того же самого механизма, который приводит к асимметриям странного и красивого кварков, остается пространство для новых источников асимметрии материи-антиматерии, которые могут добавить к общей асимметрии таковых во Вселенной. Одного открытия с очарованными кварками будет недостаточно, чтобы заполнить этот проблем, но это важная часть головоломки в понимании взаимодействия фундаментальных частиц.

Следующие шаги

Но что еще более важно, она наметит дальнейшие тесты для углубления понимания нашего открытия — и некоторые из этих тестов уже проводятся. За этим открытием последует рост количества теоретических работ, которые помогают в интерпретации результата.

Он будет дополнен экспериментом Belle II в Японии, который только начинает работать. В предстоящее десятилетие модернизированный эксперимент LHCb повысит чувствительность таких измерений.

Целые антиатомы производятся на Антипротонном замедлителе ЦЕРН, и они обеспечивают целый ряд экспериментов по проведению высокоточных измерений. Антиматерия также лежит в основе ряда других экспериментов. Ряд текущих и будущих экспериментов будет посвящен вопросу о том, существует ли асимметрия вещества-антивещества среди нейтрино. Эксперимент AMS-2 на борту Международной космической станции находится в поисках антиматерии космического происхождения.

Есть все основания полагать, что однажды физики смогут объяснить, почему мы вообще здесь. Хотя мы до сих пор не можем полностью разгадать тайну асимметрии материи и антиматерии, наше последнее открытие открыло дверь в эпоху точных измерений, которые могут раскрыть еще неизвестные явления.

Если знаете, расскажите в нашем чате в Телеграме. Вы не знаете, почему?


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

«Это самые сильные люди, которые верят в себя»: почему Семён Дукач вкладывает деньги в проекты иммигрантов

«Это самые сильные люди, которые верят в себя»: почему Семён Дукач вкладывает деньги в проекты иммигрантов — Истории на vc.ru Свежее Вакансии Написать Уведомлений пока нет Пишите хорошие статьи, комментируйте,и здесь станет не так пусто Войти Главные цитаты основателя фонда ...

«Это самые сильные люди, которые верят в себя»: почему Семён Дукач вкладывает деньги в проекты иммигрантов

«Это самые сильные люди, которые верят в себя»: почему Семён Дукач вкладывает деньги в проекты иммигрантов — Истории на vc.ru Свежее Вакансии Написать Уведомлений пока нет Пишите хорошие статьи, комментируйте,и здесь станет не так пусто Войти Главные цитаты основателя фонда ...