Вселенная наполнена материей, и мы не знаем, почему. Мы знаем, как была создана материя, и даже можем создать материю в лаборатории, но есть тут и подвох. Каждый раз, когда мы создаем материю в ускорителях частиц, мы получаем равное количество антиматерии. Это совершенно нормально для лаборатории, но если бы Большой Взрыв создал равное количество материи и антиматерии, то эти два вещества уничтожили бы друг друга на ранней стадии, оставив космическое море фотонов и никакой материи. Если Вы читаете это, то этого явно не произошло.
Это остается одной из величайших загадок в космологии, и все сводится к симметрии в физике. Большая часть физики основана на принципах сохранения и симметрии. Пространство кажется одинаковым во всех направлениях, поэтому импульс сохраняется. Это означает, что если вы бросите мяч в пустое пространство, он будет продолжать свое движение до бесконечности. Симметрия времени означает, что масса-энергия сохраняется, и так далее. Связь между симметрией и сохранением была впервые обнаружена Эмми Нетер и теперь известна как теорема Нетера.
Поскольку симметрия является фундаментальной для физики, очень много исследований было посвящено тому, как и когда симметрия может быть нарушена. Это особенно верно в физике элементарных частиц. Поскольку частицы были впервые созданы в ранний период существования Вселенной, это также помогает нам понять, как возникла Вселенная. В космологии главной является CP-симметрия.
CP обозначает четность заряда и представляет комбинацию двух симметрий. Симметрия заряда означает, что вселенная, состоящая целиком из материи, и вселенная из антивещества, должны вести себя одинаково. То есть они должны быть симметричными. Паритет можно описать как зеркальное отражение. Если вы поднимаете правую руку, глядя в зеркало, ваше изображение поднимет левую руку. Четная симметрия означает, что если бы левая и правая были перевернуты во Вселенной, ничего не должно было бы измениться.
Если бы CP симметрия всегда сохранялась, тогда наша материальная вселенная не могла бы существовать. Но мы знаем, что CP-симметрия иногда нарушается. Например, в 1964 году было обнаружено, что нейтральная частица, известная как Kaon, бывает двух типов, которые являются двойственными СР друг от друга. Если CP симметрия была сохранена, то эти два типа Kaons должны распадаться с одинаковой скоростью. Мы обнаружили, что два типа Каона распадаются с немного разными скоростями. Разница между ними составляет всего около 3 частей на 1000, но она не равна нулю.
Есть и другие известные примеры, но проблема заключается в том, что даже если вы объедините их все, этого недостаточно, чтобы объяснить только материальную вселенную. По крайней мере, должен быть другой способ нарушить симметрию CP. Основываясь на новых исследованиях , опубликованных в Nature, ответом может быть нейтрино.
Нейтрино не имеют электрического заряда, но они появляются как в форме материи, так и в форме антиматерии, поэтому симметрия CP применима к ним. Проблема в том, что их, как известно, очень трудно обнаружить. И тем более трудно отличить нейтрино от антинейтрино.
В недавней работе коллаборация T2K выпустила пучки нейтрино в детектор. T2K означает T?Кай на Камиоку, так как ускоритель частиц находится в японской деревне Т?Кай, а нейтринный детектор находится в Камиоке. Поскольку команда управляла пучком нейтрино, они могли определить, обнаруживают ли они нейтрино или антинейтрино. Собирая данные в течение десятилетия, они обнаружили нарушение CP в эффекте, известном как осцилляция нейтрино.
Нейтрино обладают странными свойствами, и одним из самых странных является колебание. Оказывается, что нейтрино бывают трех типов, и нейтрино может колебаться между каждым типом. Согласно CP-симметрии, нейтрино и антинейтрино должны колебаться с одинаковой скоростью. Но команда T2K обнаружила, что они колеблются с разной скоростью. Их показатели настолько различны, что они почти максимально асимметричны. В результате у вас больше шансов увидеть материальные нейтрино, чем антиматериальные.
Это может быть ответ на вопрос о Вселенной материи, который мы искали, но нужно быть осторожными. До сих пор доказательства нейтринной асимметрии слабы. Даже авторы признают, что их результаты недостаточно сильны, чтобы быть окончательными. Но они очень интересные. Нам понадобится гораздо больше данных, чтобы проверить результат, но это важный шаг к пониманию Вселенной.
Читайте также: Хаббл видит галактику со спиральными рукавами, окруженную другими спиральными рукавами
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!
