Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
Куда делась половина Вселенной?

Big Think: без асимметрии между материей и антиматерией мира бы не существовало

© CC0 / Public Domain NASA“Космические скалы” в туманности Карина. Фотография с космического телескопа "Джеймс Уэбб"
“Космические скалы” в туманности Карина. Фотография с космического телескопа Джеймс Уэбб - ИноСМИ, 1920, 04.12.2022
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Читать inosmi.ru в
Согласно существующим теориям, материи и антиматерии во Вселенной должно быть поровну, пишет автор статьи в Big Think. Но антиматерию мы обнаружить никак не можем. Куда же она делась? Ответ на этот вопрос даст нам ключ к пониманию существования мира.
Ответ на этот вопрос станет ключом к пониманию существования мира.
Дон Линкольн (DonLincoln)
Учёные знают поразительное количество странных вещей. Нам, например, известно, что Вселенная появилась около 14 миллиардов лет назад в результате катаклизма, так называемого Большого взрыва. Это событие было впервые экспериментально доказано в 1929 году, и с годами появлялось всё больше подтверждений в пользу гипотезы. В том, что так всё и было, нет никаких событий.
Мы также знаем, что помимо обычной материи, из которой мы состоим, существует ещё и необычная, так называемая антиматерия. Когда оба типа материи соприкасаются, они уничтожают друг друга, и высвобождается ошеломляюще огромное количество энергии. При контакте одного грамма антиматерии с одним граммом материи высвобождается такое же количество энергии, как при взрыве атомной бомбы в Хиросиме в 1945 году.
Если объединение материи и антиматерии приводит к образованию энергии, то и обратный процесс тоже возможен. Энергия может образовывать материю и антиматерию, причём в равных количествах. Антиматерия была открыта в 1931 году, и с тех пор появлялось всё больше доказательств этой теории. Существование антиматерии общепризнано, она даже сыграла значимую (и в некоторой степени реалистичную) роль в романе-блокбастере Дэна Брауна "Ангелы и демоны".

Что не так с антиматерией?

Существует множество доказательств теории Большого взрыва и существования антиматерии, но в этом-то и загвоздка. Если объединить эти два факта, возникает сложный вопрос: и то, и другое не может быть одновременно правдой, или, как минимум, в этой теории есть недостающий элемент.
Иллюстрация пути звезды S2 мимо сверхмассивной черной дыры - ИноСМИ, 1920, 06.11.2022
Черные дыры только поглощают и ничего не выплевывают? Ученые обнаружили, что черная дыра извергает материю: возможно, это икотаУченые считали, что черная дыра поглощает объекты, но никогда не возвращает их назад. Новое открытие опровергло это утверждение, пишет China Science Daily. Небесное тело выбросило из себя проглоченную материю — будто "икнуло после обеда".
И вот тут возникает проблема. Когда появилась Вселенная, в космосе было полно энергии. Энергия может превращаться в материю и антиматерию. По мере того как Вселенная расширялась и охлаждалась, вся эта энергия по идее должна была превратиться в равное количество материи и антиматерии. Но если посмотреть вокруг, можно сделать любопытный вывод: Вселенная, которую мы видим, состоит только из материи.

Может, антиматерия водится где-нибудь далеко-далеко в галактике?

По общему мнению, антиматерия может быть где-нибудь "там" во Вселенной. В конце концов, если материя и антиматерия не соприкасаются, то и проблемы нет. В принципе, антиматерией могла бы быть Луна. Но мы знаем, что это не так. Если Нил Армстронг и весь его лунный модуль представляли материю, а Луна была бы антиматерией, то при соприкосновении космического аппарата с поверхностью спутника произошёл бы очень крупный взрыв. Этого не произошло, поэтому теперь мы знаем, что Луна состоит из материи.
Исследование других небесных тел позволяет нам сделать такой же вывод о наших космических соседях: Солнечная система состоит из материи. А как насчёт других звёзд? Мы можем быть уверены в том, что другие звёзды в галактике Млечного Пути тоже состоят из материи.
Такие звёзды, как Солнце, постоянно испускают частицы, которые именуют в нашей системе "солнечным ветром". На самом деле это поток атомов, испускаемых Солнцем в межзвёздное пространство.
Если бы существовали звёзды, состоящие из антиматерии, то они бы и выпускали атомы антиматерии, и тогда атомы материи и антиматерии летали бы в межзвёздном пространстве. Иногда они бы сталкивались и уничтожали друг друга. Если бы такое происходило, то в результате этого процесса могла бы появиться особая форма гамма-излучения (что-то вроде очень мощного рентгеновского).
Но поскольку такого гамма-излучения не обнаружено, мы можем быть уверены в том, что другие звёзды тоже состоят из материи. И по такому же принципу можно исключить существование галактик из антиматерии. В межгалактическом пространстве газовые облака, окружающие галактики, соприкасались бы, и мы бы тогда узнали о взаимодействии облаков из материи и антиматерии.

Так где же вся антиматерия?

Если же всё-таки нельзя исключить возможность существования галактик из материи и антиматерии, то с чем мы тогда имеем дело? Остаётся очень странная гипотеза о том, что каким-то образом во время возникновения Вселенной материи было больше, чем антиматерии. И, похоже, что так оно и было.
По имеющимся данным, на ранней стадии образования Вселенной, менее чем через секунду после её возникновения, на каждые два миллиарда частиц антиматерии приходилось два миллиарда и одна частица материи. Два миллиарда частиц материи и антиматерии уничтожили друг друга, оставив одну частицу материи, которая потом объединилась с остальными себе подобными. Таким образом сформировалась материя, с которой мы имеем дело сейчас.
Взрыв сверхновой в изображении художника
Ученые зафиксировали самый мощный взрыв во Вселенной. Гамма-излучение достигло Земли и повлияло на ее атмосферу9 октября ученые зафиксировали самый мощный взрыв во Вселенной, сообщает Al Arabiya. Он оказался настолько сильным, что высвободившаяся энергия затронула верхние слои атмосферы Земли. Такое событие происходит только раз в тысячу лет.
Энергию, образовавшуюся в результате уничтожения материи и антиматерии, можно встретить где угодно. Радиоволны заполняют всю Вселенную. Это явление известно как космическое микроволновое фоновое излучение. Именно путем измерения реликтового излучения и подсчета протонов во Вселенной мы определили соотношение материи и антиматерии.

Загадка асимметрии

Как так вышло, что соотношение материи и антиматерии на раннем этапе образования Вселенной было слегка непропорциональным? Мы не знаем ответа на вопрос, но у учёных есть некоторые мысли на этот счёт.
Например, в 60-х годах учёные обнаружили, что субатомные частицы материи во Вселенной слегка преобладают над своими эквивалентами антиматерии. Эти частицы называются кварками. Но непропорциональное соотношение кварков и антикварков не в достаточной мере объясняет существование Вселенной, поэтому исследователи предложили другую гипотезу.
Нейтрино — это такие частицы с очень маленькой массой, которые образуются при некоторых формах радиоактивного распада. Крупнейшим и ближайшим источником нейтрино является Солнце. Исследователи создают ускорители и детекторы частиц, чтобы изучить поведение нейтрино и антинейтрино и узнать, есть ли у них различия. Если нейтрино и антинейтрино ведут себя по-разному, то это стало бы ключом к разгадке. Тогда можно было бы заключить, что наша Вселенная сформировалась в результате лептогенеза, то есть из частиц малой массы.
Для изучения этой теории сейчас строят разные объекты, но крупнейший находится в США и называется DUNE (Глубокий подземный нейтринный эксперимент). В рамках эксперимента исследователи лаборатории Фермилаб, недалеко от Чикаго, будут выстреливать нейтрино и антинейтрино по направлению специального детектора, который находится в Южной Дакоте, на расстоянии в 1300 километров. Эксперимент в DUNEпланируется провести в этом десятилетии. (Открою вам секрет: я — исследователь Фермилаб, но не связан с DUNE).
Никто не знает, почему Вселенная благосклонна к материи, но не к антиматерии. Важно в этом разобраться. Без этого крошечного дисбаланса (или асимметрии) нас бы попросту не существовало. Так что мы должны ответить на этот вопрос, чтобы понять, почему галактики, звёзды и люди продолжают существовать.