Новые измерения помогут выяснить преобладание материи над антиматерией

Новые измерения потоков нейтральных и почти безмассовых частиц помогут учёным выяснить, почему в наблюдаемой Вселенной пространство заполнено почти исключительно материей, а антиматерии так мало.

Как известно, вся материя, известная физике и другим естественным наукам, подразделяется на вещество и поле. Но, более того, как оказалось, по знакам электрического заряда и другим фундаментальным характеристикам материю можно подразделить на «обычную» материю («обычное» вещество) и антиматерию (антивещество). Дело в том, что субатомные частицы материи (электроны, протоны, нейтроны) имеют своих «братьев-антиподов» – античастицы (антиэлектроны, антипротоны, антинейтроны и т.д.). Антиэлектроны имеют специальное название – позитроны, они были открыты раньше других античастиц. Что касается частиц поля (фотонов света и квантов других полей), то они считаются тождественными со своими античастицами, то есть самим себе. В этом смысле с полем проще, но одновременно и сложнее. Из античастиц можно строить антиатомы, антимолекулы и даже крупные физические тела, состоящие из антивещечства, теория вполне допускает гипотетическое существование даже «антиорганизмов».

Но в наблюдаемой Вселенной собралось почти исключительно вещество. Почему оно преобладает над антивеществом?

Над этим учёные работают уже давно. В рамках проекта, в котором приняли активное участие физики Университета Висконсин-Мэдисон, было произведено точнейшее измерение потока весьма трудно уловимых и обладающей ничтожно малой массой частиц антиматерии – антинейтрино, и в результате этого сделаны предварительные выводы о доминировании вещества над антивеществом.

Как уже давно известно, частицы материи, встречаясь с частицами антиматерии (античастицами), друг друга «уничтожают» (аннигилируют). Но, правда, уничтожение не совсем полное – в результате аннигиляции образуются частицы поля, как правило, фотоны гамма-излучения или видимого света и т.д. При этом выделяется столь мощная энергия, что даже энергия термоядерных реакций далеко не может с ней сравниться.

Учёные решили поймать особые частицы – антинейтрино. Эти частицы были обнаружены командой подземного эксперимента Daya Bay, расположенного поблизости от ядерного реактора в Китае, в 55 километрах от Гонконга. Проект Daya Bay в связи с этим по версии журнала Science был признан вторым по величине научным проектом года.

Антинейтрино представляют собой античастицы нейтрино. И те, и другие могут образовываться в результате, например, ядерных реакций. Ранее полагали, что они, как и фотоны, массой покоя не обладают. Однако теперь учёные уверены, что они обладают массой, хотя она и крайне незначительна. Так как они электронейтральны и легки, то многие из них проскакивают через Землю и уходят далее в космическое пространство. Однако некоторые всё же взаимодействуют с веществом Земли, и в том числе с подземными детекторами.

На основании наблюдений учёные сделали вывод, что тот факт, что материя преобладает над антиматерией – это, скорее всего, просто дело случая. Так вышло, что сразу после большого взрыва возобладала «обычная» материя, а теперь, даже когда и образуются частицы антиматерии, они аннигилируются своими копиями-антиподами сразу при встрече. Вот почему не происходит значительных накоплений антивещества.

Однако в лабораторных условиях человек уже может достаточно долго хранить малые порции антиматерии и производить с ними эксперименты.