Большой взрыв должен был создать равное количество вещества и антивещества в ранней Вселенной, которые бы уничтожили друг друга. Но почему этого не произошло?
Вся видимая материя во Вселенной состоит из фундаментальных строительных блоков – элементарных частиц. В семейство, известное как фермионы, входит два типа: кварки и лептоны. Для каждой из них существует античастица, которая имеет те же свойства, но противоположный заряд. Самый известный пример – электрон и позитрон. Долгое время считалось, что античастицы будут вести себя так же, как их противоположности, однако с 1960-х годов мы знаем – кварки и антикварки нарушают эту зеркальность. Теперь в исследовании, приставленном в журнале Nature, сообщается о возможном нарушении симметрии со стороны лептонов.
Идея зеркальной симметрии частиц с античастицами, также известной как CP-симметрия (комбинированная четность), заключается в том, что физические законы не должны меняться в мире антивещества. Но почему ученые постоянно пытаются зафиксировать ее нарушение, и каковы этому последствия?
Этот вопрос лежит в основе нашего понимания законов природы и эволюции Вселенной. Как было предложено советским физиком-теоретиком Андреем Сахаровым в 1967 году, нарушение CP-симметрия является одним из ключевых ингредиентов, необходимых для объяснения, почему во Вселенной существует небольшой избыток материи по сравнению с антивеществом. Этот дисбаланс, на уровне нескольких частиц на 10 миллиардов фотонов, в конечном итоге несет ответственность за существование Земли, планет, звезд и нас самих: если бы количество вещества и антивещества было бы одинаковым, они бы уничтожили друг друга вскоре после Большого взрыва, аннигилировав в фотоны. Материи бы не осталось.
Так как же этот крошечный избыток материи возник в ранней Вселенной, которая была совершенно симметричной? Количество нарушений CP-симметрии, наблюдаемое у кварков, недостаточно для ее объяснения, однако считается, что обнаружение асимметрии в физических свойствах нейтрино и антинейтрино поможет понять происхождение текущего преобладания вещества над антивеществом.
В рамках проекта «Tokai to Kamioka» (T2K) международная команда ученых изучает нейтрино, одну из фундаментальных частиц, составляющих Вселенную, и одну из наименее понятых. Каждую секунду триллионы нейтрино от Солнца проходят через ваше тело. Эти крошечные частицы, обильно образующиеся в звездах, бывают трех видов или ароматов и могут самопроизвольно меняться или колебаться от одного к другому.
И теперь, после анализа данных за девять лет, эксперимент T2K достиг уровня статистической значимости, достаточно высокого, чтобы указать на нарушение симметрии у этих фундаментальных частиц с вероятностью 95 процентов. Хотя для подтверждения полученных результатов необходимы более точные измерения, данные усиливают поддержку предыдущих наблюдений и прокладывают путь к будущему открытию. Новое поколение детекторов, находящихся в стадии разработки, могут дать ответ на проблему «пропавшего» антивещества в ближайшие десять лет.
