Родившаяся в результате Большого взрыва наша Вселенная согласно всем законам физики должна быть абсолютно симметричной: в ней просто обязано существовать равное количество материи и антиматерии и наверняка бы они уже провзаимодействовали, оставив нам фотоны и нейтрино.
За строгую зеркальность нашего мира отвечает так называемая CРТ симметрия, принцип, согласно которому все процессы будут протекать одинаково, если физическую систему отразить в зеркале, материю заменить на антиматерию и при этом запустить время в обратном направлении. Но как известно, в нашей Вселенной почему-то практически отсутствует антиматерия, благодаря чему наш мир существует, а не проаннигилировал в первые мгновения своего рождения. Почему такая асимметрия и является одной из самых интригующих загадок в современном мироздании, до сих пор не нашедшей внятного объяснения.
Объяснить наблюдаемое преобладание материи над антиматерией можно только при условии нарушения CPТ симметрии. Частичное нарушение СР симметрии впервые было выявлено еще в 1964 году, когда при наблюдении за распадом тяжёлых нейтральных частиц рождении нейтрино происходило с несколько более высокой вероятностью, нежели антинейтрино, что должно по идее создавать некоторый дисбаланс в количестве вещества и антивещества во Вселенной.
Однако как оказалось, всё совсем не так просто — квантовая теория поля обязательно требует симметрии относительно CPT-преобразований, когда зеркальное отражение и зарядовое сопряжение должны дополняться и обращением времени. Поэтому при нарушении только P-симметрии, полная симметрия CPT квантовомеханической системы будет сохранена, если будет найдена другая симметрия S так, что общая симметрия SP останется ненарушенной. Это хитрое место в квантовой физике пространства было осознано вскоре после открытия нарушения СР чётности, и зарядовое сопряжение было предложено в качестве искомой симметрии для восстановления первоначального порядка.
Известно, что нейтрино представляют собой крайне слабовзаимодействующие с веществом элементарные частицы. На сегодня нам известны три из типа: это электронное, мюоное и тау нейтрино, а так же антинейтрино, которые способны осциллировать, ну или попросту превращаться друг в друга. Соответственно, если в таких случаях будет происходить нарушение СР симметрии, то оно может выражаться в виде асимметрии вероятностей превращения нейтрино в антинейтрино. Впервые вероятность такого явления было предсказано ещё в ХХ веке советским учёным, академиком Б.М.Понтекорво…
Для подробного исследования этого процесса был запущен эксперимент под названием T2K (Tokai to Kamioka, «Токай в Камиоку»), в котором физики исследуют превращение мюонных нейтрино в электронные. Надо отметить, что существенная часть оборудования для эксперимента была разработана и создана сотрудниками ИЯИ РАН, а первые любопытные результаты были получены в 2011 году.
В проведённых экспериментах наблюдаемая вероятность рождения электронного антинейтрино оказалась несколько ниже, чем это должно было быть исходя из теории, что СР-симметрия полностью сохраняется. Реально при сохранения СР-симметрии на 23 родившихся нейтрино должно было приходиться семь антинейтрино, в то время как цыфры показали совсем иные значения — на тридцать два электронных нейтрино появилось всего четыре античастицы.
Правда физики пока не берутся утверждать, что им удалось решить проблему преобладания во Вселенной вещества над антивеществом, эксперимент требует независимого подтверждения, однако если всё срастётся, то это может оказаться весомым шагом к пониманию процессов, происходивших в первые мгновения Большого взрыва, которые и привели к появлению той асимметрии материи, которую мы сейчас наблюдаем.
Если вам понравился материал, подписывайтесь на канал, ставьте лайки, это позволяет автору создавать больше интересных материалов и глубже раскрывать суть тематики канала о Вселенной.
