Антиматерия — это одно из самых загадочных явлений в физике. По сути, это «зеркальное отражение» обычной материи. У каждой частицы существует антипод — антивещество, имеющее ту же массу, но противоположный электрический заряд и некоторые квантовые свойства. Например, у электрона (заряд отрицательный) есть позитрон (заряд положительный), у протона — антипротон, и так далее.
Когда частица и её античастица встречаются, они аннигилируют — полностью превращаются в энергию. Именно поэтому антиматерия столь опасна, но и столь энергетически мощна. Один грамм антиматерии при взаимодействии с материей высвободил бы энергию, сопоставимую с ядерным взрывом.
Согласно современным теориям, после Большого взрыва материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах. Это логично: в тот момент действовали симметричные физические законы, и ничто не указывало на то, что одна из сторон должна преобладать. Но реальность показывает другое — в наблюдаемой Вселенной почти вся антиматерия исчезла. Мы окружены обычной материей, а антиматерия встречается лишь в крайне малых количествах, например в некоторых космических процессах или при радиоактивном распаде.
Так где же она? Почему нарушено равновесие?
Один из ответов кроется в явлении, которое физики называют нарушением симметрии между материей и антиматерией — или CP-нарушением. Оно проявляется в том, что при распаде некоторых частиц и античастиц поведение слегка различается. Эти различия, хоть и микроскопические, могли накопиться в первые доли секунд после Большого взрыва и привести к тому, что материя получила едва заметное преимущество — возможно, на одну частицу материи приходилось на миллиард античастиц. После аннигиляции почти всего вещества, этот «лишний миллиардная часть» осталась и стала строительным материалом для звёзд, планет и нас самих.
Есть и более смелые гипотезы. Некоторые учёные считают, что антиматерия вовсе не исчезла, а просто сосредоточена в других регионах космоса. Возможно, существуют целые антигалактики, где всё устроено зеркально — антиводород, антимолекулы, антизвёзды. Если бы наша галактика столкнулась с такой областью, произошёл бы грандиозный взрыв аннигиляции, но пока никаких следов таких столкновений не зафиксировано.
Другие модели предполагают, что антиматерия могла «уйти» в иные измерения или вселенные, если рассматривать космос в рамках теории мультивселенной. Тогда баланс материи и антиматерии сохраняется на более глубоком уровне — просто мы находимся в секторе, где преобладает обычная материя.
Интересно, что антиматерия — не просто теоретическое понятие. Её реально создают в лабораториях. В ЦЕРН учёные научились производить и удерживать атомы антиводорода с помощью магнитных ловушек. Но время их жизни очень короткое — малейший контакт с веществом приводит к аннигиляции. Стоимость одного грамма антивещества оценивается в миллиарды долларов, и его производство — один из самых сложных процессов в науке.
Возможно, понимание антиматерии — ключ к новым видам энергии, к межзвёздным двигателям и даже к разгадке природы самого бытия. Ведь в глубине вопроса «почему её так мало» скрывается другая, более глубокая тайна — почему вообще что-то существует, а не ничего. Если бы симметрия была идеальной, всё бы аннигилировало в свет, и никакой Вселенной, никакой жизни не было бы.
Таким образом, наше существование — результат крошечного нарушения равновесия между материей и антиматерией. Из этой микроскопической асимметрии выросли галактики, звёзды, сознание и сама возможность задавать этот вопрос. В каком-то смысле — вся Вселенная есть след малейшей «ошибки» в совершенном зеркале.