Физики приближаются к разгадке таинственной антиматерии

Когда Вселенная возникла около 13,7 миллиардов лет назад, Большой взрыв породил материю и частицы антивещества в зеркальных парах, — так утверждает теория физики.

Но все, что мы можем видеть в Космосе сегодня, от самого маленького насекомого на Земле до самой большой звезды, состоит из материи, чьи двойники-близнецы нигде не найдены.

В среду физики в ЦЕРНе заявили, что они сделали еще один шаг к решению этой тайны благодаря беспрецедентному наблюдению частицы антивещества, которую они создали в лаборатории, — атома «антиводорода».

«То, что мы видим, —  водород в веществе и антиводород в антиматерии ведут себя одинаково», — сказал Джеффри Хангст из эксперимента ALPHA в Европейской организации ядерных исследований (CERN).

Поиск даже малейшей разницы может помочь объяснить очевидное несоответствие материи и антиматерии и будет «раскачивать» Стандартную модель физики — основную теорию фундаментальных частиц, составляющих Вселенную, и силы, которые ими управляют.

Но несколько разочаровывает то, что последний, «самый точный тест на сегодняшний день», не обнаружил разницы между поведением атома водорода и антиводорода.

«Пока они выглядят одинаково», — сказал Хэнгст в видео, подготовленном CERN.

Стандартная модель, которая описывает состав и поведение видимой Вселенной, не имеет объяснения «отсутствующей» антиматерии.

Широко распространено мнение, что Большой взрыв генерировал пары частиц вещества-антивещества с одинаковой массой, но с противоположным электрическим зарядом.

Беда в том, что, как только эти частицы встречаются, они аннулируют друг друга, не оставляя ничего, кроме чистой энергии, — принципа, который питает воображаемые космические корабли в фильме «Звездный путь».

В пределах досягаемости?

Физики полагают, что материя и антиматерия действительно встречались и взорвались вскоре после Большого Взрыва, а это означает, что Вселенная сегодня должна содержать только остаточную энергию такого взаимодействия.

Тем не менее, ученые говорят, что материя, которая составляет все, что мы можем коснуться и увидеть, составляет 4,9 процента от Вселенной.

Темная материя — таинственная субстанция, воспринимаемая через ее гравитационное воздействие на другие объекты, — составляет 26,8% Космоса, а темная энергия — остальные 68,3%.

Антиматерия, во всех смыслах и целях, не существует, за исключением редких и недолговечных частиц, созданных в очень высокоэнергетических событиях, таких как космические лучи, или эксперименты, произведенные в ЦЕРН.

Некоторые теоретические физики считают, что «пропавшая» антиматерия может быть обнаружена в до сих пор неизвестных областях Вселенной — в антигалактиках, состоящих из антизвезд и антипланет.

В эксперименте ALPHA физики пытаются разгадать тайну, используя простейший атом материи — атом водорода. Он имеет один электрон, вращающийся вокруг одного протона.

Команда ученых создает зеркальные частицы водорода, беря антипротоны, оставшиеся от столкновений высокоэнергетических частиц, и связывая их с позитронами (двойниками электронов).

Полученные атомы антиводорода удерживаются в магнитной ловушке, чтобы предотвратить их соприкосновение с веществом и самоуничтожение. Затем группа изучает реакцию атомов на лазерный свет.

Атомы из разных типов веществ поглощают различные частоты света, и в соответствии с преобладающей теорией водород и антиводород должны поглощать один и тот же тип. И пока, кажется, так они и делают.

Но команда надеется на то, что различия будут возникать по мере того, как эксперимент будет продолжаться и дорабатываться.

Больше информации: M. Ahmadi et al. Characterization of the 1S–2S transition in antihydrogen, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0017-2