Говорят, что все частицы материи имеют симметричную частицу антиматерии. Они аналогичны, но с противоположными зарядами. Столкновение частиц вещества и антивещества приводит к аннигиляции. Так почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, как так вышло? Сейчас разберемся.
Где все антивещество?
Один из самых важных и сложных вопросов современности – почему все, что мы наблюдаем, состоит лишь из материи, и где все антивещество? На самом деле, если бы материи и антиматерии было одинаковое количество, Вселенная давно бы аннигилировала и просто самоуничтожилась. Наука не стоит на месте и недавно было проведено исследование, результаты которого пролили свет на эту асимметричность.
Впервые понятие антиматерии прозвучало еще в девятнадцатом веке от английского физика Артура Шустера. Уже в двадцатом веке идею подхватил его британский коллега по цеху Поль Дирак и в 1928 году вывел теорию антивещества. Четырьмя годами позже Карл Андерсон, американский физик-испытатель (не путать с американским рестлером) открыл позитроны – положительно заряженные электроны. Они появляются при определенных радиоактивных процессах, как например, распад калия. То есть любое вещество, содержащее калий, с некой периодичностью рождает позитроны. Потом происходит аннигиляция и вспышка света, которая, естественно, на столько мала, что мы не можем заметить ее невооруженным взглядом.
Не для кого уже не секрет, что атомы состоят из кварков и лептонов – элементарных частиц. Последние включают в себя электроны, три различных нейтрино, мюоны и тау. Видов кварков также шесть: верхний, нижний, истинный, странный, очарованный и красивый. Не спрашивайте, просто примите это как факт. Это значит, что у каждой из этих частиц есть партнеры в антиматерии с противоположным зарядом.
По сути такие частицы должны быть идентичны частицам вещества, однако это не совсем так. Не всегда так. Простой пример – мезоны, состоящие из кварков и антикварков. Казалось бы, они должны просто аннигилировать, но мезон может обратиться антимезоном и обратно. В таком интересном событии кварки также становятся антикварками и наоборот.
Но чаще всего такой процесс возможен лишь в одну сторону – антивещество становится веществом. Вот поэтому во Вселенной больше материи, чем антиматерии. И со временем это соотношение лишь увеличивает свой разрыв.
Очарование асимметрии
Подобная асимметрия найдена лишь в странных и красивых кварках. Это на самом деле очень важное открытие, которое помогло предположить о существовании шести видов кварков еще в далеком 1964. Хотя на то время физики считали, что их всего три. И лишь в начале нашего века была открыта асимметрия красивых кварков, что только подтвердило наличие всех шести видов. За оба этих открытия были получены Нобелевские премии.
Как же все это работает? Красивый и странный кварки отрицательно заряжены. Кварк, несущий в себе положительный заряд – очарованный. Именно он и должен стать катализатором асимметрии материи и антиматерии во Вселенной, в теории, конечно же.
Еще больше приоткрыть завесу тайны помог БАК. Именно там ученые впервые обнаружили асимметрию мезонов, состоящих из очарованных частиц. D-мезоны сталкивали между собой на ускорителе и наблюдали за рождением очарованных частиц. В условиях эксперимента вероятность того, что это лишь случайное отклонение от нормы, ничтожно мала, примерно 50 на 1 000 000 000.
Что же получается, если это не тот же процесс, что в случае странного и красивого кварков, значит есть еще как минимум один, а может и больше, источников асимметрии материи и антиматерии во Вселенной. И это на самом деле очень важно, потому что такое малое количество известных механизмов сего процесса все равно не объясняет наличие такой огромной разницы в глобальных масштабах. Понятно, что одного такого открытия для ответа на вопрос будет мало, но все же это значительная часть пазла, которая поможет собрать его быстрее. А чем дальше продвигаются физики, тем больше им хочется продолжать, поэтому новые открытия тоже не заставят себя долго ждать. Очарование асимметрии касается не только кварков.
Следующие шаги
И что дальше? Каковы следующие шаги в изучении вопроса: Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии? Так как открытие еще совсем свежее и пока не до конца понятое, его нужно правильно объяснить. А это означает появление новых теорий, исследований, тестирований и прочего, которые уже начали свою работу.
Данный эксперимент, проведенный на Большом адронном коллайдере, тоже будет совершенствоваться, чтобы улучшить точность измерений. В скором времени его должны объединить с японским экспериментов Bell II, который вот-вот запустится.
Антивещество также изучается и в других исследования. Не только антикварки, но даже антиатомы создаются на замедлителе ЦЕРН уже сейчас. И даже в космосе на МКС проводятся эксперименты, направленные на нахождение космической антиматерии. Также некоторые исследования планируется направить в сторону нахождения асимметрии матери-антиматерии в нейтрино.
Ответить на вопрос, заданный в заголовке данной статьи, полностью мы пока не можем. Но крайнее открытие значительно продвинуло человечество вперед. В конце концов, мы живем в эру высоких технологий, позволяющий проводить особо точные измерения и эксперименты, которые в конечном итоге обязательно принесут результаты. Возможно, когда-нибудь ученые смогут ответить нам, почему мы находимся здесь, как мы появились, и где все остальные.
