In un Universo quasi non di antimateria. Perché?

Quando guardiamo l'Universo, in tutti i suoi pianeti e le stelle, le galassie e gli ammassi, il gas, la polvere, il plasma, la vediamo ovunque le stesse firme. Vediamo linea atomica di assorbimento e di emissione, vediamo che la materia interagisce con altre forme di materia, vediamo formazione stellare e la morte delle stelle, collisione, i raggi x e molto altro ancora. C'è una domanda ovvia, che richiede una spiegazione: perché vediamo tutto questo? Se le leggi della fisica impongono la simmetria tra materia e antimateria, che stiamo vedendo, non dovrebbe esistere.

Ma siamo qui, e nessuno sa perché.

Perché nell'Universo non c'è l'antimateria?

Pensate a queste due contrastanti, a prima vista, i fatti:

1. Ogni interazione tra le particelle, che abbiamo mai osservato in tutte le energie, non ha creato e non ha distrutto una particella di materia, non creando questo e non consumano uguale al numero di particelle аниматерии. Fisica simmetria tra materia e antimateria è molto severa, perché:

• ogni volta che creiamo un quark o лептон, creiamo anche антикварк e антилептон;
• ogni volta che un quark o лептон distrutta, антикварк o антилептон anche distrutto;
• creati o cancellati i leptoni e антилептоны devono essere in equilibrio per tutta la famiglia летпонов e ogni volta, quando un quark o лептон interagiscono, di fronte o di rottura, numero totale di quark e leptoni alla fine di reazione (quark meno антикварки, leptoni meno антилептоны) deve essere e sarà la stessa che era all'inizio.

L'Unico modo per modificare la quantità di materia nell'Universo intendeva anche modificare la quantità di antimateria lo stesso valore.

E ancora, c'è un secondo dato di fatto.

2. Quando guardiamo l'Universo, le stelle, le galassie, nubi di gas, ammassi, superammassi e su larga scala della struttura, sembra come se tutto questo è fatto di materia e non di antimateria. Ovunque, dove l'antimateria e la materia si trovano nell'Universo, si verifica una fantastica esplosione di energia a causa di annientamento delle particelle.

Ma non vediamo alcun segno di distruzione di sostanze antimateria nei più grandi proporzioni. Noi non vediamo alcun segno che alcune delle stelle, delle galassie e dei pianeti, che stiamo vedendo, sono fatti di antimateria. Non vediamo caratteristici raggi gamma, che ci si aspetterebbe di vedere, se l'antimateria affrontato con la materia e аннигилировала. Invece ovunque vediamo solo la materia, ovunque si guardi.

E questo sembra impossibile. Da un lato, non vi è alcun modo conosciuto per fare di più sostanze, di antimateria, se rivolgersi alle particelle e la loro interazione nell'Universo. D'altra parte, tutto ciò che vediamo, sicuramente è costituito da materia e non di antimateria.

In realtà, abbiamo osservato аннигиляцию materia e antimateria in alcuni estreme astrofisici condizioni, ma solo vicino гиперэнергетических fonti che producono la materia e l'antimateria in quantità uguali — i buchi neri, per esempio. Quando l'antimateria si scontra con la sostanza dell'Universo, produce raggi gamma molto delle frequenze specifiche, che possiamo quindi individuare. Interstellar intergalattica ambiente pieno di materiale, e la totale assenza di questi raggi gamma è un segnale forte che mai più non vi è una grande quantità di particelle di antimateria, perché allora la firma della materia-antimateria sarebbe stato trovato.

Se si smette di una particella di antimateria nella nostra galassia, durerà circa 300 anni prima di essere distrutta particella di materia. Questa limitazione ci dice che nella via Lattea quantità di antimateria non può superare il valore di 1 particella per quadrilione (10¹⁵), rispetto al numero totale di materia.

Su larga scala — scala satellitari galassie, grandi galassie dimensioni della via Lattea e anche ammassi di galassie — limiti meno severi, ma ancora molto forti. Guardando a distanza di pochi milioni di anni luce fino a tre miliardi di anni luce, abbiamo osservato la mancanza di raggi x e raggi gamma, che potrebbe indicare аннигиляцию di materia e antimateria. Anche in grandi scale cosmologiche 99,999% di ciò che esiste nel nostro Universo, sicuramente sarà presentato materia (come noi), e non di antimateria.

Come siamo arrivati a questa situazione, che l'Universo è costituito da una grande quantità di materia e praticamente non contiene antimateria, se le leggi della natura assolutamente simmetrici tra materia e antimateria? Beh, ci sono due opzioni: o l'Universo era nata con un sacco di materia che antimateria, o è successo qualcosa in fase iniziale, quando l'Universo era molto caldo e denso, e ha generato l'asimmetria materia e antimateria, di cui inizialmente non c'era.

La Prima idea di verificare scientificamente senza ricreare l'intero Universo non funziona, ma la seconda è molto convincente. Se il nostro Universo è in qualche modo ha creato l'asimmetria materia e antimateria, dove inizialmente non era, allora le regole che hanno lavorato poi, rimarranno invariati e di oggi. Se siamo abbastanza intelligenti, siamo in grado di sviluppare prove sperimentali, che rivelano l'origine della materia nel nostro Universo.

Alla fine del 1960, il fisico Andrej Sacharov ha identificato le tre condizioni necessarie per бариогенеза o la creazione di un numero maggiore di барионов (protoni e neutroni), che антибарионов. Qui sono:

1. l'Universo deve essere non-equilibrio di un sistema.
2. In esso devono essere C - CP-violazione.
3. Devono essereinterazione, violano барионное numero.

La Prima cosa osservare semplicemente perché espansione e raffreddamento ad Universo instabile con particelle in esso (e античастицами), per definizione, sarà fuori di equilibrio. La seconda anche, semplicemente, perché C-simmetria (sostituzione di particelle античастицами) e CP-simmetria (sostituzione di particelle specchio riflessi античастицами) vengono violati in molti deboli interazioni con la partecipazione di strani, affascinato e belle quark.

La domanda Rimane, come infrangere барионное numero. Sperimentalmente abbiamo osservato che l'equilibrio di quark alla антикваркам e leptoni a антилептонам chiaramente salvato. Ma nel modello Standard della fisica delle particelle elementari non c'è un esplicito della legge di conservazione né per uno di questi valori singolarmente.

Bisogno di tre quark, per fare барион, quindi ogni tre quark assegniamo барионное numero (B) 1. Allo stesso modo ogni лептон riceverà лептонное numero (L) 1. Антикварки, антибарионы e антилептоны avranno i numeri negativi B e L.

Ma secondo le regole del modello Standard viene salvata solo la differenza tra барионами e лептонами. Sotto le giuste circostanze, è possibile non solo creare ulteriori protoni, ma anche gli elettroni verso di loro. Le circostanze esatte sono sconosciute, ma il Big Bang ha dato loro la possibilità di realizzarsi.

Le prime fasi di vita dell'Universo vengono descritti incredibilmente alte energie: abbastanza alto, per creare ogni nota particella e античастицу in grande quantità la famosa formula di Einstein E = mc². Se la creazione e distruzione di particelle funziona così, come pensiamo, l'Universo doveva essere pieno di una pari quantità di particelle di materia e antimateria, che reciprocamente si sono sviluppati a vicenda, poiché l'energia disponibile è rimasto estremamente alta.

Con l'espansione e il raffreddamento dell'Universo di particelle instabili, una volta creati, in abbondanza, crollerà. Rispettando le corrette condizioni — in particolare, le tre condizioni di Zuccheri — questo può portare ad un eccesso di sostanze sopra antimateria, anche se inizialmente non lo era. La sfida per i fisici — creare una valida sceneggiatura, corrispondente osservazioni e di esperimenti, che può dare un adeguato eccesso di sostanze sopra antimateria.

Ci sono tre principali possibilità di un eccesso di sostanze sopra antimateria:

• Nuova fisica in электрослабом reale può aumentare significativamente il numero di C e CP-violazione dell'Universo, che porterà ad una asimmetria tra materia e antimateria. Interazioni il modello Standard (attraverso il processo di сфалерона), che violano B e L singolarmente (ma conservano B — L), possono creare le quantità di барионов e leptoni.
• Nuova fisica dei neutrini ad alta energia, che ci suggerisce l'universo, potrebbe creare una fondamentale asimmetria dei leptoni: лептогенез. Сфалероны, conservano B — L, quindi potrebbe usare лептонную asimmetria per creare барионной asimmetria.
• O бариогенез a livello di teoria della grande unificazione, se la nuova fisica (e nuove particelle) ci sono a livello di grande unificazione, quando электрослабая potere collaborando con una forte.

Questi scenari ci sono elementi comuni, quindi cerchiamo di considerare l'ultimo dei quali, solo per fare un esempio, per capire cosa potrebbe accadere.

Se la teoria di grande unificazione verna, devono essere nuovi, super-pesante particelle, detti X e Y, che hanno come барионоподобными e лептоноподобными proprietà. Dovrebbe anche essere il loro partner di antimateria: l'anti-X e anti-Y, con opposte numeri B — L e cariche opposte, ma con un peso e tempo di vita. Queste coppie particella-antiparticella possono essere creati in grande quantità quando abbastanza alte energie, per poi disintegrarsi.

Quindi, riempiamo l'Universo di loro, e poi si rompono. Se abbiamo C - CP-violazione, forse, saranno piccole differenze nel modo in cui si rompono le particelle e antiparticelle (X, Y e anti-X, anti-Y).

Se hai X-particelle ci sono due modi: il decadimento in due quark o due anti-inferiori quark e il positrone, poi anti-X deve passare due di strada: due anti-superiori quark o inferiore quark ed elettroni. Vi è una differenza importante, che è consentito in caso di violazione di C - e CP: X può con maggiore probabilità di decadere in due quark, di anti-X — a due anti-superiori quark, poi come anti-X con maggiore probabilità si disintegrano in fondo quark ed elettroni, che X — anti-top quark e un positrone.

Se si dispone di un numero sufficiente di coppie e di decadimento in questo modo, sarete in grado di ottenere facilmente l'eccesso di барионов sopra антибарионами (e leptoni sopra антилептонами), dove prima non c'era.

Questo è solo un esempio per illustrare la nostra idea di ciò che è accaduto. Abbiamo iniziato con cucina completamente simmetrica dell'Universo, sfidando tutti noto le leggi della fisica, e con il caldo, denso, ricco di stato, pieno di materia e antimateria in quantità uguali. Con l'aiuto di un meccanismo che abbiamo ancora da definire, riportando tre condizioni Sakharov, questi processi naturali alla fine ha creato un eccesso di sostanze sopra antimateria.

Il fatto che noi esistiamo ed è composto da materia, è innegabile; la domanda è: perché il nostro Universo contiene qualcosa (la materia), e non è niente (materia e antimateria era ugualmente). Forse, in questo secolo troviamo la risposta a questa domanda.

Come pensi, perché nell'Universo quasi non di antimateria? Dì .