Почему мы существуем? Необычный квантовый объект может решить одну из главных загадок науки

Отсутствие антивещества является едва ли не главным пробелом Стандартной модели физики, которая не может объяснить этот феномен. На самом деле даже само существование нашего мира является чем-то необычным — считается, что в первые доли секунды в нашем мире появилось равное количество материи и антиматерии.

Разница между этими двумя состояниями минимальна и огромная одновременно — это разный заряд частицы. Проблема в том, что их столкновение приведет к полной аннигиляции — частицы вещества и антивещества уничтожат друг друга, выделив при этом огромное количество энергии. Поэтому наше существование — огромная загадка, ведь в результате такой реакции во Вселенной в принципе не должно было остаться никакой материи — ни звезд, ни планет, ни тем более каких-либо живых организмов.

Для решения этой загадки ученые пытаются создать антиматерию в лабораторных условиях. Мы писали о нескольких успешных моделированиях и даже реальном улавливании и управлении антивеществом при помощи лазера — эти исследования очень интригуют, ведь они могут привести нас к совершенно новой физике, сломав теорию относительности Эйнштейна или дать все-таки ответ на один из важнейших вопросов науки — почему в нашем мире так много материи и так мало антиматерии?

Физика элементарных частиц гласит, что Вселенная покрыта разными квантовыми полями, описывающими какое-нибудь свойство (например, электромагнетизм или гравитацию) во всех точках пространства. Теория, предложенная в 1985 году физиками Принстонского университета Яном Аффлеком и Майклом Дайном, объясняет асимметрию материи и антивещества Вселенной тем, что и те, и другие частицы распадались на кварки/лептоны и антикварки/антилептоны.

Однако из-за слабого взаимодействия квантовых полей, частицы и античастицы не взаимодействовали между собой, из-за чего не аннигилировали — то есть не уничтожали друг друга. Однако поля взаимодействовали с другими полями таким образом, что в конце концов частиц материи появилось больше, чем частиц антивещества.

Команда ученых из США, Канады и Австралии предлагает решение в виде Q-шаров — гипотетических «комков» частиц вещества, которые образовались в первые моменты Большого взрыва. Свою статью они опубликовали в журнале Physical Review Letters.

«Со временем они стали самой важной частью Вселенной с точки зрения того, сколько в них энергии по сравнению с остальным миром», — объясняет Грэм Уайт, физик из Физико-математического института имени Кавли и ведущий автор исследования.

Эти «комки» не вечны и со временем «взрываются». Ученые уверены, что благодаря накопленной внутри энергии это стало бы достаточно мощным событием, которое могло бы исказить пространство-время в виде гравитационных волн. А это означает, что мы могли бы зафиксировать их при помощи специальных детекторов, которые прямо сейчас модифицируются и готовятся к запуску в течении десятилетия.

Конечно, механизм Аффлека-Данна — не единственная теория, объясняющая асимметрию материи и антивещества Вселенной. Соответственно, и существование Q-шаров — это пока что лишь гипотеза, которую мы не может ни подтвердить, ни опровергнуть.

Тем не менее, ученые уверены — даже если их предположение не подтвердится, это приблизит нас к разгадке одной из главных тайн науки, ведь доказательство того, что Q-шаров не существует, покажет, что более простые для проверки теории могут быть правильными.