Группа ученых ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям) провела серию экспериментов, из результатов которых следует, что нашей Вселенной не должно быть. Она должна была уничтожить сама себя в самом начале своего существования из-за равного количества материи и антиматерии. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Его обзор сделало издание Cosmos.

Почему антиматерия не стала причиной уничтожения Вселенной в начале времен – одна из загадок современной физики. Согласно Стандартной модели, Большой взрыв привел к образованию равного количества материи и антиматерии. Насколько известно сегодня, они полностью идентичны друг другу и отличаются только знаком электрического заряда, а значит, в теории при взаимодействии они должны взаимоуничтожаться; в процессе происходит выброс большого количества энергии – это самая эффективная реакция, известная современной физике. Поскольку аннигиляции, очевидно, не случилось, ученые пытаются найти еще какую-нибудь разницу между веществом и антивеществом, которая объяснила бы, почему они не уничтожают друг друга.

Одной из последних надежд в этом вопросе были магнитные свойства протонов и антипротонов. Подготовка к эксперименту по их измерению шла последние десять лет. Сначала исследователи измерили магнитный момент протона, пойманного в ловушку из магнитного поля, – результаты опытов были опубликованы в 2014 году.

Ловушка Пеннинга

Источник: Stefan Sellner, Fundamental Symmetries Laboratory, RIKEN, Japan

В 2015 году ученые сумели поймать и удержать антипротон в ловушке Пеннинга. Это сложная задача, так как античастица аннигилирует при взаимодействии с любым веществом и «просачивается» из ловушек, если в их конструкции есть малейшие несовершенства; к настоящему времени в ЦЕРН побили рекорд по удержанию античастиц – более 400 дней. После этого стало возможным измерение магнитного момента и для антипротона. Полученная величина оказалась равна −2,7928473441 μN. За исключением отрицательного знака, она соответствует той, что была получена для протона три года назад.

«Все наши наблюдения обнаружили абсолютную симметрию между веществом и антивеществом, а это значит, что Вселенная на самом деле не должна существовать», – заявил Кристиан Сморра, участник международной коллаборации BASE (Baryon–Antibaryon Symmetry Experiment) в ЦЕРН.

Асимметрия между материей и антиматерией обязана существовать, подчеркивают ученые, – просто пока мы не можем ее найти. Исследователи будут продолжать искать разницу с помощью более точных измерений и компьютерных моделей. Следующий эксперимент ЦЕРН, который может пролить свет на тайну взаимодействия вещества с антивеществом, называется ALPHA. В нем физики исследуют гравитационные свойства антиматерии и должны понять, может ли она «падать вверх» – то есть существует ли «антигравитация».