Несмотря на всю свою предсказательную мощь, основная теория в физике элементарных частиц, Стандартная Модель, обладает и значительными дырами. В частности, СМ утверждает, что элементарные частицы и античастицы равноправны, в то время как мы наблюдаем ситуацию, когда материя в природе явно преобладает над антиматерией. И это хорошо, так как тут можно повторить вслед за А.Д. Сахаровым: будь частиц и античастиц поровну, они бы все аннигилировали, а Вселенная была бы заполнена не материей, без которой нас не было бы, а светом.
Сразу оговорюсь, что материя и антиматерия состоят из частиц и античастиц, но это совершенно не означает тождества между двумя этими понятиями. Например, протоны и нейтроны формально состоят из трех кварков, но в реальности они оба представляют собой жуткую мешанину из взаимодействующих кварков, антикварков и глюонов (квант сильного ядерного взаимодействия), постоянно находящихся в движении.
Глобальность этой проблемы означает ее принципиальный характер для СМ, и ее решение – жизненная необходимость. Поэтому по всему миру множество ученых ведут постоянные исследования, призванные дополнить и расширить СМ с тем, чтобы теория смогла, наконец, объяснить механизм возникновения дисбаланса между материей и антиматерией.
С точки зрения теории равноправие частиц и античастиц обосновывается при помощи CPT-теоремы, в которой доказывается свойство систем математических уравнений, описывающих физические законы, сохранять свой вид при применении преобразований, включающих одновременную инверсию (обращение) заряда C, чётности P и времени T. Под инверсией заряда подразумевается замена всех частиц на античастицы (т.е. все заряды в уравнениях меняют свой знак), инверсия четности означает смену знаков координат всех частиц, а обращение времени означает, что если движение разрешено законами физики, то и обратное движение тоже разрешено.
Поясню на примерах, как такие преобразования работают. Если применить зарядовую инверсию к уравнениям Шрёдингера, описывающим атом водорода, то знаки всех зарядов поменяются, а вид самого уравнения – нет. Это означает, что уравнение симметрично относительно C-преобразования и справедливо и для атома водорода, и для атома антиводорода, состоящего из антипротона и позитрона. Пространственная инверсия P означает для физической системы смену всех выделенных направлений на противоположные.
Теперь, я думаю, уже понятно, что CPT-теорема утверждает следующее: нет никакой разницы между нашей Вселенной и ее «зеркальным отражением», где частицы заменены на античастицы, все направления противоположны нашим, а время течет вспять. И в силу такой симметрии элементарные частицы и античастицы оказываются равноправными, так как античастица эквивалентна частице, идущей назад во времени. При этом нарушение CPT-симметрии будет означать и нарушение Специальной Теории Относительности, чего пока экспериментально не наблюдалось, и поэтому считается невозможным.
И вот перед нами стоит вопрос: у нас есть жесткое требование теории о равноправии элементарных частиц и античастиц, а вот антиматерии мы в обычной жизни не наблюдаем? Означает ли это, что материя собирается из частиц каким-то несимметричным способом?
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
