Происхождение Вселенной: почему так много материи и так мало антивещества

Физики из Ланкастера, работающие над крупным международным экспериментом T2K в Японии, раскрывают тайну, почему во Вселенной так много материи и так мало антиматерии.

Большой взрыв должен был создать равное количество вещества и антивещества в ранней Вселенной, но вместо этого Вселенная состоит из материи. Одна из величайших задач в физике – определить, что случилось с антивеществом или почему мы видим асимметрию между веществом и антивеществом.

Исследователи Tokai to Kamioka (T2K) обнаружили в журнале Nature, что почти половина возможных значений параметров, определяющих асимметрию вещества и антивещества во Вселенной, была исключена.

Доктор Лаура Кормос, старший преподаватель физики в Ланкастерском университете, руководитель группы физиков нейтрино Ланкастера и исследователь в T2K, сказала: “Наши данные продолжают свидетельствовать о том, что природа предпочитает почти максимальное значение асимметрии для этого процесса. Это было бы подобно матери-природе иметь эти, казалось бы, незначительные, трудные для изучения крошечные частицы, которые будут движущей силой существования Вселенной”.

Эксперимент T2K изучает нейтрино, одну из фундаментальных частиц, составляющих Вселенную, и одну из наименее понятых. И все же каждую секунду триллионы нейтрино от Солнца проходят через ваше тело. Эти крошечные частицы, обильно образующиеся на солнце и других звездах, бывают трех видов и могут самопроизвольно меняться или колебаться от одного к другому.

Каждый аромат нейтрино имеет связанный антинейтрино. Если изменение вкуса или колебания для нейтрино и антинейтрино различны, это может помочь объяснить наблюдаемое доминирование вещества над антивеществом в нашей Вселенной, вопрос, который озадачивал ученых на протяжении столетия.

Для большинства явлений законы физики дают симметричное описание поведения вещества и антивещества. Однако эта симметрия, должно быть, была нарушена вскоре после Большого взрыва, чтобы объяснить наблюдение Вселенной, которая состоит из вещества с небольшим количеством антивещества.

Необходимым условием является нарушение так называемой симметрии Charge-Parity (CP). До сих пор не было достаточно наблюдаемого нарушения симметрии CP, чтобы объяснить существование нашей Вселенной.

T2K ищет новый источник нарушения симметрии СР в нейтринных колебаниях, который проявился бы как разница в измеренной вероятности колебаний для нейтрино и антинейтрино.

Параметр, управляющий нарушением симметрии вещества и антивещества при колебаниях нейтрино, называемый фазой δcp, может принимать значение от -180º до 180º. Впервые T2K обесценил почти половину возможных значений при доверительном уровне 99,7% (3σ) и начинает обнаруживать основное свойство нейтрино, которое до сих пор не измерялось.

Доктор Хелен О’Киф, старший преподаватель физики в Ланкастерском университете и исследователь в T2K, сказала: “Этот результат поможет сформировать будущие этапы T2K и развитие экспериментов следующего поколения. Это очень захватывающий результат многолетней работы”.

Это важный шаг на пути к тому, чтобы узнать, ведут ли себя нейтрино и антинейтрино по-разному.