Почему у антиматерии не получилось победить материю: новая гипотеза

Ученые выдвинули новую идею о том, как с помощью гипотетических частиц аксионов материя победила антиматерию на ранних этапах жизни Вселенной.

Рэймонд Ко (Raymond Co) из Мичиганского университета и Кейсуке Харигая (Keisuke Harigaya) из Института перспективных исследований в Принстоне предположили, что гипотетическая частица аксион может разрешить еще одно противоречие Стандартной физической модели — преобладание материи над антиматерией.

Аксион является предположительным источником темной материи — невидимой массы во Вселенной. Частица объясняет CP-инвариантность сильного взаимодействии кварков, из которых состоят нуклоны атомных ядер: протоны и нейтроны, при их замене на античастицы. В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, Ко и Харигая выдвинули гипотезу о том, почему 13,8 миддиардов лет назад, когда произошел Большой Взрыв, и было поровну вещества и антивещества, они не аннигилировали друг с другом, оставив лишь яркую вспышку света.

Ученые предположили, что в ранней Вселенной энергия гипотетического аксионного поля, колебаниями напряженности которого и являются таинственные аксионы, была выше. Ко и Харигая приводят интересную аналогию эволюции аксионного поля с пластиковой бутылкой из-под газировки. Вверху, у крышки — начальный уровень энергии. У донышка — тот, которым поле обладает в наши дни. Аксионы — это кусочки мрамора, помещенные в бутылку. Если немного потрясти бутылкой, мраморные «аксионы» будут колебаться в пределах углублений на дне бутылки. Ученые полагают, что энергия аксионного поля, пронизывающего пространство, снижалась не линейно «по стенкам бутылки», а менялась спиралеобразно. Виной тому — чередование сильных и слабых взаимодействий элементарных частиц: формирование кварков и радиоактивный распад. При слабых взаимодействиях СР-симметрия нарушается. Это означает, что в какие-то моменты вещества образовывалось больше, чем антивещества.

Чтобы доказать свои гипотезы, ученые ищут неуловимые аксионы в эксперименте. Проблема в том, что его точная масса неизвестна. Предполагается, что аксион легче электрона в триллионы раз. Ученые во всем мире ищут частицу в различных диапазонах масс, составляющих миллионные доли электронвольта. (Масса электрона в единицах энергии составляет 0,511 миллионов электронвольт). Пока обнаружить частицу не удалось. Большие надежды возлагаются на эксперимент в международной обсерватории IAXO.