Неразгаданная загадка антиматерии

Ученые выяснили, как взаимодействуют между собой частицы антивещества

В земных условиях античастицы получают при столкновениях частиц в коллайдерах. Фото: general-fmv/Shutterstock

Физики еще немного приблизились к ответу на вопрос, почему во Вселенной так много материи и совсем нет антиматерии. О том, что именно удалось узнать ученым, «Чердаку» рассказал Игорь Алексеев, руководитель группы Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) в международной научной коллаборации STAR.

Антиматерия — «двойник» обычного вещества, но ее частицы отличаются от «обычных» знаком электрического заряда. При взаимодействии частицы и античастицы исчезают, аннигилируют.

«В этой работе с помощью довольно сложной корреляционной методики были впервые получены данные по взаимодействию антипротонов между собой»,
 — пояснил Алексеев.

Исследования проводились на коллайдере RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), детектор, отслеживающий рождение новых частиц на нем, называется STAR — он же дал имя коллаборации. В коллайдере на околосветовых скоростях сталкивают ионы золота. При таких мощных ударах ионы на короткое время распадаются на кварк-глюонную плазму — состояние, в котором вещество во Вселенной предположительно находилось в первые мгновения после Большого взрыва. Эта плазма в сотни тысяч раз горячее Солнца, и когда она остывает, из нее в равных количествах образуются частицы вещества и антивещества.

Однако если при рождении Вселенной количество частиц и античастиц было одинаковым, то в результате их аннигиляции в ней должно было остаться только излучение. Но ничего подобного мы не наблюдаем: во Вселенной полно материи, а вот антиматерии почти нет. Чтобы объяснить эту асимметрию, физики со всех сторон изучают частицы антивещества.

В данном случае они измеряли сильное взаимодействие антипротонов и сравнивали его с сильным взаимодействием протонов. Сильное взаимодействие — это притяжение, которое удерживает ядра атомов от распада на протоны и нейтроны, а их в свою очередь — на кварки. Если бы оказалось, что сила, притягивающая и удерживающая вместе антипротоны, отличается от силы, удерживающей протоны, это могло бы подсказать направление дальнейших поисков решения проблемы преобладания вещества во Вселенной. Однако, как показали эксперименты коллаборации STAR, сильное взаимодействие оказалось одинаковым как для протонов, так и для антипротонов.

«Если бы удалось обнаружить прямое отличие во взаимодействии протонов и антипротонов между собой, то это хотя и выявило бы, что мы серьезно чего-то не понимаем в свойствах сильного взаимодействия, но зато объяснило бы асимметрию материи и антиматерии во Вселенной, — поясняет Алексеев. — Единственное известное отличие между материей и антиматерией — в слабом взаимодействии — представляется совершенно недостаточным для объяснения, что в известной нам части Вселенной представлена преимущественно материя». Тем не менее полученные данные помогут физикам в исследованиях других свойств античастиц.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Теги:

Читать еще на Чердаке: