Новое открытие может раскрыть тайну антиматерии

Антиматерия, загадочное отражение материи, интригует ученых уже несколько десятилетий. Недавно ученые обнаружили в ускорителе частиц самое тяжелое из когда-либо наблюдавшихся ядер антиматерии — антигиперводород-4. Это открытие может помочь нам понять, почему в нашей Вселенной преобладает материя, в то время как, согласно теориям, антиматерия должна была существовать в равных количествах после Большого взрыва.

Настоящая космическая загадка

Вселенная полна загадок. Одна из самых захватывающих касается антиматерии. Все вокруг нас, от звезд и планет до нашего собственного тела, состоит из материи. Материя состоит из таких частиц, как протоны, нейтроны и электроны. Однако у каждой частицы материи есть двойник, называемый частицей антиматерии. Эти частицы антиматерии обладают теми же свойствами, что и их собратья из материи, но имеют противоположные заряды. Например, у электрона, несущего отрицательный заряд, есть двойник-антиматерия, называемый позитроном, который несет положительный заряд.

Антиматерия и материя — зеркальные отражения друг друга, но при встрече они аннигилируют, выделяя энергию в виде излучения. Согласно нашим современным теориям, в результате Большого взрыва примерно 13,8 миллиарда лет назад образовалось равное количество материи и антиматерии. Если бы это было так, материя и антиматерия полностью аннигилировали бы, оставив только Вселенную, наполненную светом. Однако мы наблюдаем совсем другое. Сегодня космос, похоже, почти полностью состоит из материи, а антиматерия стала крайне редкой.

Поэтому великая космическая загадка заключается в том, чтобы понять, почему существует такой дисбаланс между материей и антиматерией, когда, согласно теории, должна была произойти симметричная аннигиляция? Это фундаментальный вопрос в космологии, поскольку он затрагивает саму природу нашего существования. Если бы Вселенная состояла исключительно из энергии, то галактики, звезды и даже жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, никогда не смогли бы сформироваться.

Однако недавнее открытие учеными самого тяжелого из когда-либо обнаруженных ядер антиматерии может дать новые ключи к разгадке этой тайны.

Важнейшее открытие

Недавно ученые обнаружили ядро антиматерии под названием антигиперводород-4. Эта частица состоит из нескольких элементов: антипротона, двух антинейтронов и антигиперона (особой частицы, содержащей S-кварк). Это ядро является самым тяжелым из когда-либо найденных для частицы антивещества.

Чтобы обнаружить эту частицу, исследователи использовали ускоритель частиц — гигантскую машину, способную воспроизводить условия, аналогичные тем, которые существовали сразу после Большого взрыва. В деталях ускоритель частиц работает как огромный гоночный трек: он разгоняет атомные ядра до невероятных скоростей, а затем заставляет их сталкиваться. Эти столкновения создают экстремальные температуры и энергии, подобные тем, что были в начале существования Вселенной, и позволяют ученым получать редкие частицы, в том числе частицы антиматерии.

Для этого открытия ученые использовали релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке. Они проанализировали следы, оставленные частицами после миллиардов столкновений, и смогли обнаружить характерные признаки антигиперводорода-4. Это похоже на поиск иголки в стоге сена, но с помощью сложнейших инструментов, способных разглядеть мельчайшие частицы во Вселенной.

Почему это важно

Обнаружение такого тяжелого ядра антиматерии — крупное научное достижение, которое может помочь нам понять состав космоса. В частности, исследователи изучают, могут ли тонкие различия между материей и антиматерией объяснить этот дисбаланс. Например, изучая свойства антигиперводорода-4, такие, как время его жизни до распада, ученые пытаются понять, отличается ли он от своего аналога в материи. Пока что они не нашли никаких существенных различий, а значит, наши текущие модели все еще остаются в силе. Однако поиски продолжаются, ведь даже небольшая аномалия может изменить наше представление о Вселенной.

Следующим шагом ученых станет сравнение масс частиц антиматерии и их аналогов из материи. Это сравнение может дать ключ к разгадке того, почему наша Вселенная богата материей и, следовательно, почему мы все еще здесь, чтобы говорить об этом.

Источник: Новая Наука