Что такое антиматерия?

Почти все, что мы можем видеть во Вселенной, состоит из так называемой барионной материи. Барионная материя — это просто обычная материя, такая как протоны, нейтроны, электроны, кварки и т. д.

Однако вскоре после Большого взрыва во Вселенной существовала и другая форма материи. Она называется антиматерией (или антивещество) и сегодня ее можно создать только в лабораториях в очень малых количествах.

При этом сколь-нибудь ощутимое количество антивещества никогда не создавалось из-за чрезвычайной стоимости и сложности производства и обращения. Так что же такое антиматерия и почему ее больше нет в природе?

Противоположные сущности

Антиматерия почти во всем идентична обычной материи, с той лишь разницей, что имеет другой электрический заряд.

Например, антипротон, в отличии от протона, имеет отрицательный заряд, а не положительный. Позитрон — это антиэлектрон, имеющий положительный заряд, а не отрицательный.

С точки зрения того, как ведет себя антивещество, оно похоже на обычное вещество. Если бы во Вселенной была антиматерия, а не обычная материя, Вселенная была бы неотличима от той, в которой мы сейчас живем.

Во Вселенной, состоящей из антиматерии, по-прежнему формировались бы звезды, галактики, планеты и возникала жизнь. Вселенная, состоящая из антиматерии, рассматривала бы нашу форму материи как антиматерию.

Частицы антивещества связываются друг с другом, образуя антивещество, точно так же, как обычные частицы связываются, образуя обычную материю. Например, позитрон (античастица электрона) и антипротон (античастица протона) могут образовывать атом антиводорода. Ядра антигелия были получены искусственно, хотя и с трудом, и являются наиболее сложными из наблюдавшихся на сегодняшний день антиядер. Физические принципы указывают на то, что возможны сложные атомные ядра антивещества, а также антиатомы, соответствующие известным химическим элементам.

Почему в природе нет антиматерии?

В настоящее время нет никаких доказательств свободного существования антивещества в естественном мире. До сих пор антивещество производилось только в лабораторных экспериментах, таких как ускорители частиц. Есть довольно простая причина, почему это так.

Поскольку материя и антиматерия имеют противоположные заряды, когда они встречаются, два заряда нейтрализуют друг друга, и они оба перестают существовать.

Например, когда позитрон и электрон приближаются друг к другу, одинаковые, но противоположные заряды нейтрализуются, в результате чего две частицы взрываются (аннигилируют) и превращаются в энергию.

Однако антиматерия когда-то существовала во Вселенной. Вскоре после Большого взрыва, произошедшего 13,8 миллиарда лет назад, антивещество и обычное вещество образовались почти в равных количествах.

Две формы материи быстро начали уничтожать друг друга, ставя под угрозу будущее существование материи. По причинам, которые остаются неизвестными, было немного больше обычного вещества по сравнению с антивеществом, и поэтому в конце концов все формы антивещества прекратили свое существование.

Несоответствие между материей и антиматерией — одна из самых больших загадок Вселенной.

На данный момент ученым неизвестно, почему эти две формы материи возникли в разных количествах, ведь по всем известным законам физики они должны были образоваться в равных количествах.

Без этого несоответствия Вселенная не содержала бы ничего, кроме энергии, и материя никогда бы не возникла, чтобы в конечном итоге образовать звезды и планеты. То есть, мы пока не знаем, почему вообще существует Вселенная.