Куда исчезла антиматерия во Вселенной: эксперимент на коллайдере может дать ответ

Физики из ЦЕРН, где расположен Большой адронный коллайдер (БАК), провели новый анализ результатов эксперимента 10-летней давности, и это исследование приблизило ученых к пониманию того, почему мы живем во Вселенной, состоящей из материи, а не антиматерии, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Согласно нынешним научным представлениям, материя и антиматерия – это похоже на разные версии одного и того же объекта. Например, у элементарных частиц есть их антипод – античастица. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, если античастицу заменить частицей, то она все равно будет действовать в рамках известных законов физики таким же образом. Исходя из этого, получается, что при создании Вселенной должна была сохраняться симметрия, то есть материя и антиматерия должны были появиться в равных количествах.

Но этого не произошло, и на самом деле это очень хорошо для нас, ведь когда встречаются материя и антиматерия, то они уничтожают друг друга. Поэтому, если бы была подобная симметрия, то в космосе не было бы атомов и никакой жизни, а только излучение. Сегодня единственная антиматерия – это то, что появляется в результате распада и взаимодействия обычных частиц.

Но ученые многие десятилетия пытаются понять, как так вышло, что во Вселенной намного больше материи, чем антиматерии. Это значит, что где-то линия симметрии того, как материя и антиматерия взаимодействуют с законами физики, была нарушена. Это нарушение называют нарушением CP-инвариантности. Сейчас ученым известно, что нарушение CP-инвариантности происходит при слабом взаимодействии. Это одна из фундаментальных сил природы, которая отвечает за радиоактивный распад внутри атомов.

10 лет назад эксперимент на БАК показал, что нарушение CP-инвариантности происходит также при распаде мезонов, когда версии этих частиц из материи и антиматерии ведут себя по-разному при распаде. Все атомы состоят из протонов и нейтронов, а они в свою очередь состоят из трех элементарных частиц, которые называются кварки. Частицы, состоящие из трех кварков, называются барионами, а из двух – мезонами. И последние очень быстро распадаются.

Новый анализ эксперимента на БАК 10-летней давности позволил ученым более точно, чем когда-либо прежде, измерить два наиболее важных параметра в нарушении CP-инвариантности при распаде мезонов.

Ученые изучили распад сотен тысяч мезонов и проанализировали главные свойства этого процесса, которые отличаются в зависимости от того, является ли мезон частицей материи или антиматерии. Как показывает исследование, мезоны могут колебаться между состоянием материи и антиматерии, и при этом они имеют немного разную массу. Это связано с тем, что мезоны представляют собой смесь своих состояний материи и антиматерии, что позволяет им колебаться между этими состояниями.

Физики смогли измерить свойства распада мезонов с беспрецедентной точностью. Но распад мезонов не дает полного ответа, почему материи во Вселенной больше, чем антиматерии. В то же время лучшее понимание нарушения CP-инвариантности, которое нарушает симметрию и лежит в основе распада мезонов, поможет ограничить модели, которые пытаются объяснить странную асимметрию, действовавшую в фундаментальной силе природы в начале истории Вселенной, что и привело к созданию космоса с преобладанием материи, говорят ученые.

Напоминаем, что некоторые ученые предполагают, что наша Земля, а возможно и вся наша Вселенная находятся внутри огромной черной дыры. Фокус уже писал о том, насколько это возможно и каким образом это могло произойти.

Также Фокус писал о том, что ученые из ЦЕРН в результате нового эксперимента смогли наблюдать за распадом такой частицы, как бозон Хиггса.