Чому ми існуємо? Незвичайний квантовий об'єкт може вирішити одну із головних загадок науки

Відсутність антиречовини є чи не головною прогалиною стандартної моделі фізики, яка не може пояснити цей феномен. Насправді навіть саме існування нашого світу є чимось незвичайним — вважається, що в перші частки секунди в нашому світі з’явилася рівна кількість матерії та антиматерії.

Різниця між цими двома станами мінімальна та величезна одночасно — це різний заряд частки. Проблема в тому, що їхнє зіткнення призведе до повної анігіляції — частки речовини та антиречовини знищать одна одну, виділивши при цьому величезну кількість енергії. Тому наше існування — величезна загадка, адже внаслідок такої реакції у Всесвіті в принципі не мало залишитися ніякої матерії — ні зірок, ні планет, ні тим паче живих організмів.

Для вирішення цієї загадки вчені намагаються створити антиматерію у лабораторних умовах. Ми писали про кілька успішних моделювань і навіть реальне вловлювання та управління антиречовиною за допомогою лазера — ці дослідження дуже інтригують, адже вони можуть привести нас до абсолютно нової фізики, зламавши теорію відносності Ейнштейна, або дати все-таки відповідь на одне з найважливіших питань науки: чому у нашому світі так багато матерії і так мало антиматерії?

Фізика елементарних частинок свідчить, що Всесвіт покритий різними квантовими полями, що описують якусь властивість (наприклад, електромагнетизм або гравітацію) у всіх точках простору. Теорія, яку запропонували в 1985 році фізики Принстонського університету Ян Аффлек і Майкл Дайн, пояснює асиметрію матерії та антиречовини Всесвіту тим, що й ті, й інші частинки розпадалися на кварки/лептони та антикварки/антилептони.

Проте через слабку взаємодію квантових полів частинки та античастинки не взаємодіяли між собою, через що не анігілювали — тобто не знищували один одного. Однак поля взаємодіяли з іншими полями таким чином, що, зрештою, частинок матерії з’явилося більше, ніж частинок антиречовини.

Команда вчених із США, Канади та Австралії пропонує рішення у вигляді Q-куль — гіпотетичних «грудок» частинок речовини, які утворилися в перші моменти Великого вибуху. Свою статтю вони опублікували в журналі Physical Review Letters.

«Згодом вони стали найважливішою частиною Всесвіту з погляду того, скільки в них енергії в порівнянні з рештою світу», — пояснює Грем Вайт, фізик із Фізико-математичного інституту імені Кавлі та провідний автор дослідження.

Ці «грудки» не вічні і з часом «вибухають». Учені впевнені, що завдяки накопиченій всередині енергії це стало б досить потужною подією, яка могла б спотворити простір-час у вигляді гравітаційних хвиль. А це означає, що ми могли б зафіксувати їх за допомогою спеціальних детекторів, які зараз модифікуються і готуються до запуску протягом десятиліття.

Звісно, механізм Аффлека-Данна — не єдина теорія, що пояснює асиметрію матерії та антиречовини Всесвіту. Відповідно, й існування Q-куль — це поки що лише гіпотеза, яку ми не можемо ані підтвердити, ані спростувати.

Проте вчені впевнені — навіть якщо їхнє припущення не підтвердиться, це наблизить нас до розгадки однієї з головних таємниць науки, адже доказ того, що Q-куль немає, покаже, що простіші для перевірки теорії можуть бути правильними.