Em um Universo de quase nenhuma antimatéria. Por quê?

Quando olhamos para o Universo, em todos os seus planetas e estrelas, galáxias e aglomerados, gás, poeira, plasma, vemos em toda a parte as mesmas assinaturas. Vemos uma linha atômica absorção e de emissão, vemos que a matéria interage com outras formas de matéria, vemos звездообразование e a morte de estrelas, colisão, raios-x e muito mais. Há uma pergunta óbvia, que requer uma explicação: porque nós vemos de tudo isso? Se as leis da física determinam a simetria entre matéria e антиматерией, que observamos , não deve existir.

Mas estamos aqui, e ninguém sabe porquê.

Por que o Universo não existe antimatéria?

Pense nesses dois conflitantes, à primeira vista, os fatos:

1. Cada interação entre as partículas, que já observaram-se todas as energias, nunca criou e não destruído uma partícula de matéria, não criando a isso e não destruindo igual ao número de partículas аниматерии. Física simetria entre matéria e антиматерией é muito rigorosa, pois:

• cada vez que criamos um quark ou o lepton, também criamos антикварк e антилептон;
• cada vez que um quark ou o lepton é destruído, антикварк ou антилептон também é destruído;
• criados ou suprimidos léptons e антилептоны devem estar em equilíbrio para toda a família летпонов e cada vez que um quark ou o lepton interagem, enfrentam ou se desintegrar, o número total de quarks e léptons, no final da reação (quarks menos антикварки, léptons menos антилептоны) deve ser e será a mesma, como foi no início.

A Única maneira de alterar a quantidade de matéria no Universo implica também alterar a quantidade de antimatéria a mesma quantidade.

, E de tudo o mesmo, há um segundo fato.

2. Quando olhamos para o Universo, em todas as estrelas, as galáxias, nuvens de gás, de tropa, сверхскопления e em larga escala da estrutura, parece que tudo é composto de matéria e não de antimatéria. Em todos os lugares e em todos os lugares, onde антиматерия e matéria se encontram no Universo, acontece uma fantástica emissão de energia devido a aniquilação de partículas.

Mas não vemos nenhum sinal de destruição de substâncias antimatéria em maiores escalas. Nós não vemos nenhum sinal de que algumas das estrelas, galáxias ou de planetas, o que vemos são feitos a partir de antimatéria. Nós não vemos a característica de raios gama, o que era de se esperar para ver se антиматерия deparo com a matéria e аннигилировала. Em vez disso, em toda a parte vemos apenas a matéria, por onde quer que olhe.

, E isso parece impossível. Por um lado, não há qualquer conhecido maneiras de fazer mais substância do que a antimatéria, quando se referir às partículas e a sua interação com o Universo. Por outro lado, tudo o que vemos, definitivamente, é composto por uma substância, e não de antimatéria.

Na verdade, nós observamos аннигиляцию de matéria e antimatéria em alguns extrema астрофизических condições, mas só perto de гиперэнергетических de fontes, que produzem a substância e антивещество em quantidades iguais — buracos negros, por exemplo. Quando антивещество confrontado com a substância do Universo, que produz os raios gama são muito específicas de freqüência, que podemos detectar. Межзвездная межгалактическая quarta-feira cheia de material, e a completa ausência destes raios gama, que é um forte sinal de que nunca mais haja um grande número de partículas de antimatéria, porque então a assinatura de matéria-antimatéria seria detectado.

Se você parar um pedaço de antimatéria em nossa galáxia, ela vai durar cerca de 300 anos antes de ser destruída por uma partícula de matéria. Esta é uma limitação diz-nos que a via láctea quantidade de antimatéria não pode exceder o valor de 1 de partículas em quatrilhões (10¹⁵), em relação à quantidade total de matéria.

Em maior escala — escala de satélite de galáxias, galáxias grandes do tamanho da via Láctea e até mesmo aglomerados de galáxias — restrições são menos rigorosas, mas ainda é muito forte. Observando de uma distância de poucos milhões de anos-luz até três bilhões de anos-luz de distância, observou-se a falta de raios-x e de raios gama, o que poderia indicar аннигиляцию de matéria e antimatéria. Mesmo em grande escala cosmológica 99,999% do que existe no nosso Universo, definitivamente, será apresentado a matéria (como nós), e não антиматерией.

Como chegamos a tal situação, que o Universo é composto de grande quantidade de matéria e praticamente não contém a antimatéria, se as leis da natureza absolutamente simétrica entre a matéria e o антиматерией? Bem, há duas opções: ou o Universo nasceu com uma grande quantidade de matéria do que antimatéria, ou algo que aconteceu em um estágio inicial, quando o Universo era muito quente e denso, e gerou a falta de simetria da matéria e a antimatéria, que inicialmente, não foi.

A Primeira idéia de verificar cientificamente sem a recriação do Universo inteiro não vai funcionar, mas a segunda é muito importante. Se o nosso Universo, de alguma forma, criou a assimetria da matéria e a antimatéria, onde, inicialmente, que não era, de regra, que trabalharam então, permanecem hoje em dia. Se formos sábios, poderíamos desenvolver os testes experimentais, retrata a origem da matéria em nosso Universo.

No final da década de 1960, o físico Andrei Sakharov identificou três condições necessárias para бариогенеза ou criar um maior número de bárions (prótons e nêutrons), que антибарионов. São eles:

1. o Universo não deve ser неравновесной sistema.
2. devem ser C e CP-violação.
3. Deve serinteração, originaram a nação de um bárion um número.

O Primeiro a cumprir, porque, ampliando e остывающая Universo com instáveis de partículas ela (e античастицами), por definição, é fora de equilíbrio. A segunda também é simples, porque o C-simetria (substituição de partículas античастицами) e CP-simetria (substituição de partículas espelho reflete античастицами) são quebradas em uma infinidade de interações fracas com a participação de estranhos, charmosos e belos quarks.

A questão Permanece: como quebrar a nação de um bárion número. Experimentalmente, vimos que o equilíbrio de quarks a антикваркам e léptons a антилептонам claramente mantida. Mas no modelo Padrão da física de partículas elementares não existe explicitamente a lei de conservação de nenhuma dessas variáveis individualmente.

Necessita de três qwark, para fazer барион, portanto, para cada três quark atribuímos nação de um bárion número (B) 1. Da mesma forma, todo o lepton receberá лептонное número (L) 1. Антикварки, антибарионы e антилептоны terão os números negativos B e l.

Mas, segundo as regras do modelo Padrão é mantida apenas a diferença entre барионами e лептонами. Em certas circunstâncias, você pode não só criar mais do que os prótons, mas e os elétrons para eles. As circunstâncias exatas são desconhecidas, mas uma Grande Explosão deu-lhes a oportunidade de ser realizado.

As primeiras fases da existência do Universo descreve incrivelmente altas energias: alta o suficiente para criar cada partícula conhecida e античастицу em grande quantidade sobre a famosa fórmula de Einstein E = mc². Se a criação e destruição de partículas funciona da forma como nós pensamos, o começo do Universo teve de ser preenchida por um igual número de partículas de matéria e antimatéria, que tornamo-nos mutuamente uns nos outros, uma vez disponível a energia permaneceu extremamente alta.

Com A expansão e resfriamento do Universo partículas instáveis, uma vez criados em abundância, vão se desintegrando. Se as corretas condições — em particular, as três condições de Açúcares — isso pode levar a excesso da substância sobre a antimatéria, mesmo que originalmente não era. O desafio para os físicos — criar viável o script apropriado observações e experimentos, que pode dar-lhe o suficiente, o excesso da substância sobre a antimatéria.

Existem três principais possibilidades de surgimento do excesso da substância sobre a antimatéria:

• a Nova física no электрослабом escala pode aumentar significativamente a quantidade de C - e CP-violação do Universo, o que levará a assimetria entre matéria e antimatéria. Interações do modelo Padrão (através de um processo de сфалерона), que violem a B e L individualmente (mas continuam B — L), podem criar as quantidades de bárions e léptons.
• a Nova física de neutrinos de altas energias, o que nos sugere o universo, poderia criar uma fundamental falta de simetria léptons: лептогенез. Сфалероны, preservando B — L e, em seguida, poderia usar лептонную falta de simetria para a criação de барионной assimetria.
• Ou бариогенез em toda a teoria da grande unificação, se a nova física (e de novas partículas) existem em toda a grande associação, quando электрослабая poder parceria com forte.

Esses cenários existem elementos comuns, vamos, portanto, examinar o mais recente deles, simplesmente por uma questão de exemplo, para entender o que poderia acontecer.

Se a teoria da grande associação está correta, devem ser novos, сверхтяжелые partículas, chamados de X e de Y, que têm como барионоподобными e лептоноподобными propriedades. Também devem ser seus parceiros de antimatéria: anti-X e anti-Y, opostas números B — L e cargas opostas, mas com a mesma massa e o tempo de vida. Esses pares partícula-античастица podem ser criadas em grande quantidade, com um número suficiente de altas energias, a fim de, posteriormente, a desintegrar-se.

Então, vamos encher o Universo deles, e então eles se separam. Se temos C - e CP-violação, talvez, são as pequenas diferenças na forma como se desintegrar as partículas e-partículas (X, Y e anti-X, anti-Y).

Se você X-partícula, existem dois caminhos: a desintegração em dois superiores do quark ou dois anti-inferiores do quark e позитрон, então, o anti-X deve passar por dois caminhos: dois anti-superiores do quark ou inferior de um quark e um elétron. Há uma distinção importante, que é permitida, violação de C e CP: X pode com maior probabilidade de a desintegrar-se em dois superiores qwark, que o anti-X — dois anti-superiores quark, então, como um anti-X com maior probabilidade de se divide em inferior de quarks e elétrons, que o X — sobre o anti-superior de quarks e позитрон.

Se você tiver um número suficiente de pares de decadência e, portanto, você pode facilmente obter o excesso de bárions sobre антибарионами (e léptons sobre антилептонами), onde antes não havia.

Este É apenas um exemplo que ilustra a nossa percepção sobre o que aconteceu. Começamos com um totalmente simétrico do Universo, constituída todos os conhecidos as leis da física, e quente, denso, rico de estado, cheio de matéria e антиматерией em quantidades iguais. Com o mecanismo, que ainda temos de determinar, reportando-se a três condições Sakharov, esses processos naturais, eventualmente, configurar o excesso da substância sobre a antimatéria.

O fato de que nós existimos e é composto de matéria, é inegável; a questão é, por que o nosso Universo contém algo (matéria), e não a nada (pois matéria e antimatéria foi igualmente). Talvez, neste século, encontramos a resposta para essa pergunta.

Como pensa, por que, em um Universo de quase nenhuma antimatéria? Conte-nos .