Секрет антиматерії: фізики наблизилися до розгадки таємниці, чому Всесвіт несиметричний

Фізики вже давно ламають голову над питанням: чому у Всесвіті там мало антиматерії і дуже багато матерії? Вчені провели аналіз розпаду таких фундаментальних частинок, як кварки, що спостерігається за допомогою Великого адронного колайдера, і отримали невеликі фрагменти головоломки, хоча попереду ще багато роботи, щоб з'ясувати справжню причину того, чому Всесвіт несиметричний. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фізики вже давно знають, що у Всесвіті існує неоднакова кількість матерії та антиматерії. Якщо матерія складається з відомих елементарних частинок, то антиматерія складається з їхніх протилежних аналогів. Наприклад, античастинкою такої субатомної частинки як електрон є позитрон. Якщо електрон має негативний заряд, то позитрон — позитивний.

Але антиматерії набагато менше у Всесвіті, ніж матерії, і виникає асиметрія. Але, насправді, це добре, що вона існує, адже під час зустрічі частинки матері й антиматерії знищують одна одну. Якби Всесвіт складався з однакової кількості частинок і античастинок, то найімовірніше він був би іншим.

Але поки що немає повного пояснення різниці в кількості матерії та антиматерії у Всесвіті. У більшості випадків частинки матерії та антиматерії симетричні, що означає, що процеси, які породжують одну частинку або руйнують її, створюють або видаляють рівну кількість іншої частинки. Фізики вважають, що у Всесвіті має існувати щось, що створює більше матерії або знищує більше антиматерії.

Вчені бачили натяки на розкриття цієї таємниці раніше за допомогою розпадів частинок, які порушують симетрію, але багато з них залишають лише невеликий надлишок матерії. Тих розпадів частинок, які відомі, недостатньо для пояснення дисбалансу у Всесвіті.

Необхідно більше розпадів частинок, що порушують симетрію, і експеримент із чарівним кварком (частинка, з якої складаються протони і нейтрони) на Великому адронному колайдері був спробою знайти їх, а також перевірити деякі теорії. Фізики виявили нові приклади порушення симетрії.

Вчені зіштовхували протони, щоб створити безліч побічних продуктів розпаду, багато з яких нестабільні і розпадаються, утворюючи нові частинки. Деякі продукти розпаду становлять інтерес, оскільки містять чарівні кварки і вони показали два нових порушення симетрії.

Мезони — це субатомні частинки, які мають однакову кількість кварків та антикварків. Вони не знищують один одного, бо не є прямими аналогами. Наприклад, частинка піон із групи мезонів складається з верхнього кварка та нижнього антикварка. Нижні кварки, або антикварки, мають більш ніж удвічі більшу масу, ніж верхні кварки, тому нижній антикварк не може видалити верхній кварк, тільки нижній кварк.

Проте мезони розпадаються досить швидко, надаючи можливість для спостереження порушення симетрії. Фізики виявили розпад заряджених мезонів, що складаються або з чарівного кварка, а також верхнього, нижнього, дивного антикварка, або з одного з цих кварків і чарівного антикварка. Якби Всесвіт був справді симетричним, ці дві частинки були б однаковими, але це не так, і виявляється, що швидкості розпаду різняться. Швидший розпад антиматерії, ніж матерії, — це саме те, що шукають учені під час пошуків порушення симетрії.

Також фізики виявили інший приклад порушення симетрії, цього разу в ще одній групі частинок під назвою баріони, що складаються з трьох кварків. Принаймні один кварк у баріоні має бути чарівним кварком. Баріони також розпадаються на інший баріон і два заряджені мезони. Тут знову симетрія була порушена в експериментах з різними швидкостями розпаду залежно від того, чи був задіяний чарівний кварк або антикварк.

Як уже писав Фокус, фізики вважають, що в чорній дірі немає сингулярності, але є прохід в інший світ. Революційна теорія змінює уявлення про те, що знаходиться всередині чорної діри, а також про загадкову темну енергію.

Також Фокус писав про те, що звичайна вода, як з'ясували фізики, має в рідкому вигляді різну щільність, але для цього потрібно створити певні умови. Якщо висновки вчених повернуться, але це може змінити розуміння фізики рідин.