История проблемы

Почти во всех взаимодействиях между субатомными частицами антиматерия и обычная материя находятся в равновесии, которое кажется одним из фундаментальных законов симметрии Вселенной. И тем не менее, в космосе мы почти не найдем антиматерию.

Насколько физики могут судить, на каждую частицу антиматерии приходится около миллиарда частиц обычной материи.

До сих пор никто не смог дать непротиворечивого объяснения этому феномену, который называют проблемой барионной асимметрии. Однако, есть улики, указывающие на то, что исчезновение антиматерии произошло на очень ранних этапах формирования Вселенной, а именно — во время краткой, но бурной эпохи, когда космос остывал и возникали новые силы природы, рассказывает Life Science.

При высоких энергиях электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие сформировали новую, электрослабую силу. Однако когда космос остыл и вернулся к нормальным энергиям, электрослабая сила разделилась на два известных взаимодействия. Возможно, при более высоких энергиях, как в первые моменты Большого взрыва, сильное взаимодействие сливалось с электрослабым, а на еще более высоких — к ним присоединялась и сила тяготения.

Физики почти уверены, что разделение на материю и антиматерию произошло до того, как все четыре взаимодействия пришли к своему нынешнему состоянию.

И возможно, в их разделении важную роль сыграл бозон Хиггса, предложенный в 1960-х и открытый в 2012 в Большом адронном коллайдере. Однако ученым не известен ни один механизм, который позволил бы бозону Хиггса сделать это. Быть может, у частицы были «сообщники».

Вполне возможно, что было несколько бозонов Хиггса с большей массой. Сегодня они, если и существуют, мало на что влияют, и физики не могут засечь их при помощи БАК — для этого требуется больше энергии. Но в начале формирования Вселенной, когда энергии было намного больше, другие бозоны Хиггса могли активироваться и вызвать дисбаланс во взаимодействиях фундаментальных частиц, что и привело к нынешней барионной асимметрии Вселенной.

Гипотеза

Физики-теоретики из США предложили потенциальное решение этой проблемы: возможно, в ранней Вселенной существовала тройка бозонов Хиггса, которая генерировала поток нормальной материи. Когда материя коснулась антиматерии, два из них исчезли. Вместе с ними в потоке радиации исчезла и большая часть антиматерии.

В таком случае, тройка должна была состоять из одного известного бозона Хиггса и двух новых, каждый из которых с массой приблизительно 1000 ГэВ. Это число выбрано произвольно, для того чтобы их можно было в потенциале обнаружить при помощи следующего поколения БАК. Бессмысленно предсказывать существование частицы, которую невозможно было бы обнаружить, указывают ученые.

Путем сложных расчетов физикам удалось объяснить, благодаря какому именно механизму возникла современная асимметрия материи и антиматерии.

Если упростить, то в теории два новых бозона Хиггса распадались с чуть разной скоростью и по-разному влияли на материю. Со временем эти небольшие отличия накапливались, и когда электрослабая сила разделилась, во Вселенной возник достаточно значительный дисбаланс в численности частиц, чтобы материя начала доминировать над антиматерией.