«Вселенная не должна существовать». Ученые ЦЕРН не смогли разгадать одну из главных загадок физики

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».