У каждой частицы вещества есть античастица: та же масса, но противоположные некоторые квантовые свойства, например электрический заряд. Электрону соответствует позитрон, протону — антипротон. При встрече частицы и античастицы могут аннигилировать, превращая свою энергию в другие частицы и излучение.
Отсюда возникает один из самых упрямых вопросов физики.Если молодая Вселенная рождала вещество и антивещество почти симметрично, почему звезды, планеты и мы сами состоят именно из вещества?
2. Куда могла исчезнуть половина мира?
Популярная фраза «антиматерия исчезла» немного сбивает с толку. По ведущему объяснению, почти все вещество и антивещество действительно уничтожили друг друга в ранней Вселенной. Но на каждый миллиард пар мог приходиться примерно один лишний представитель вещества. После аннигиляции этот крошечный остаток и стал сырьем для галактик.
Такое соотношение кажется ничтожным. Однако в огромном космосе даже миллиардная разница означает колоссальное количество оставшегося вещества. Вопрос поэтому звучит точнее:какой механизм создал небольшой первоначальный перевес?
3. Почему одной известной асимметрии мало?
Эксперименты показывают, что вещество и антивещество ведут себя не совершенно одинаково. В некоторых распадах нарушается так называемая CP-симметрия. Это важная часть ответа: природа действительно умеет отличать частицу от античастицы.
Но величины CP-нарушения, предусмотренной Стандартной моделью, недостаточно, чтобы объяснить наблюдаемый космический избыток. Поэтому физики ищут дополнительные процессы. Среди условий, сформулированных Андреем Сахаровым, нужны:
- процессы, меняющие число барионов;
- нарушение C- и CP-симметрий;
- отход ранней Вселенной от теплового равновесия.
Без сочетания этих условий перевес либо не появится, либо быстро исчезнет.
4. Какие версии проверяют физики?
Одна большая группа идей называетсябариогенезом. Асимметрия могла возникнуть при фазовом переходе, когда молодая Вселенная меняла свое состояние. Другая версия, лептогенез, предполагает, что сначала возник перевес среди лептонов, а затем ранние процессы частично превратили его в избыток барионов, из которых состоят атомные ядра.
Для проверки сравнивают свойства протонов и антипротонов, атомов водорода и антиводорода, изучают редкие распады мезонов и барионов, исследуют нейтрино. Пока все точные измерения подтверждают поразительное сходство материи и антиматерии. Найденные различия реальны, но полного космического счета не закрывают.
5. Может ли где-то быть антигалактика?
Отдельные античастицы постоянно возникают в космических лучах и земных ускорителях. Это не означает существование больших областей из антивещества. На границе между галактиками и антигалактиками шла бы интенсивная аннигиляция с характерным гамма-излучением. Убедительных признаков таких границ не обнаружено.
Мы хорошо понимаем, что произошло с большей частью пар «вещество — антивещество», но пока не знаем, откуда взялась решающая миллиардная разница.
В этом и состоит красота задачи: наше существование связано не с огромным преимуществом, а с едва заметным нарушением равновесия. Возможно, ответ потребует новой частицы или нового свойства нейтрино. А может быть, уже известные процессы в ранней Вселенной еще поняты не полностью.
