Недавно один из подписчиков прислал мне следующий вопрос:
Почему наша Вселенная состоит целиком из материи?
Что же этот вопрос является одним из самых сложных в современной физике. Если бы в начале жизни Вселенной было равное количество вещества и антивещества, то всё во Вселенной давно аннигилировало бы, но этого, как мы знаем, не произошло. Недавние исследования, похоже, нашли источник асимметрии между количеством материи и антиматерии во Вселенной. Об одном из них мы сегодня поговорим.
Что такое антиматерия?
Любая частица во Вселенной имеет своего антипартнёра. Например, антипартнёр для электрона — позитрон, для протона — антипротон и т.д. Но существуют и такие частицы, которые являются собственными античастицами, например, фотон — такую частицу называют истинно нейтральной.
Античастица имеет такую же массу что и её обычный партнёр, но только противоположный заряд, лептонное число и барионное число. При столкновении частицы со своей античастицей они аннигилируют, то есть превращаются в фотоны. Когда аннигилируют, к примеру, электрон и позитрон образуется пара фотонов. В процессе аннигиляции массы частицы и античастицы полностью превращается в энергию.
Между собой античастицы взаимодействуют так же как и простые частицы, таким образом, они могут образовывать атомы, или как их называют — антиатомы.
История
Впервые об антиматерии заговорили ещё в конце 19 века. В 1928 году Поль Дирак смог привести её теоретическое обоснование, а уже в 1932 году впервые обнаружил её в форме антиэлектрона Карл Андерсон. Антиэлектрон получил название позитрон. Позже, в конце 20 века был открыт первый антиатом — антигидроген. В настоящее время наиболее сложным антиатомом синтезированным человечеством был антигелий.
Почему материи больше, чем антиматерии?
Основными строительными блоками материи и антиматерии, являются элементарные частицы — кварки и лептоны. Кварки — это элементарные частицы, входящие в группу фермионов. Они имеют массу, электрический заряд, так называемый цветной заряд и спин. В настоящее время нам известно шесть видов кварков: нижний d, верхний u, странный s, волшебный c, красивый b и настоящий t. Верхние и нижние кварки являются самыми лёгкими и образуются путём распада тяжёлых кварков. Кроме кварков к группе фермионов относится и другая группа элементарных частиц — лептоны. Они, в свою очередь, делятся на две подгруппы. К одной из подгрупп относятся частицы с зарядом “-1”, такие как: электрон, мюон и тау-частица. А к другой подгруппе с нейтральным зарядом относятся электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино.
У каждой из двенадцати выше перечисленных частиц существует антиматериальный партнёр. Античастица, согласно законам физики, должна всегда быть идеальным зеркальным отражением простой частицы. Но некоторые эксперименты показывают, что это не всегда так.
Например, мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка. Нейтральные мезоны имеют интересную особенность: они могут самопроизвольно превращаться в свой анти-мезон и наоборот. То есть в этом процессе кварк может превратиться в антикварк или наоборот — антикварк превратится в кварк, но некоторые эксперименты показали, что это происходит чаще в одном направлении, чем в другом. То есть антикварки превращаются в кварки чаще. В результате чего материи со временем становится намного больше, чем антиматерии.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.