Антивещество: тёмная сторона стандартной модели

                           Мы живём в странной Вселенной. В ней очень много материи, которая собрана в огромные галактики, звезды и планеты. Эта Вселенная устроена так, что в ней возможно такое чудо, как жизнь. И эта жизнь породила разум, который позволяет ей осознавать необъятность, которая её окружает… Космос колоссален. И даже те его части, которые доступны нашим глазам и специальным инструментам, невероятно огромны. Но если начать спускаться вниз, в микромир, чтобы изучить то, из чего состоят все материальные объекты, мы обнаружим, что там тоже не всё так просто. Микромир и макромир – это невероятно сложные структуры, свойства которых во многом нам ещё не предстоит установить. Современные знания о мельчайших составных частях Космоса являются настолько запутанными, что, вероятно, только одна теоретическая модель более или менее правдоподобно описывает сложное разнообразие существующих частиц и взаимодействий. Да и то не все. Называется она Стандартная модель. В былые времена считалось, что материя состоит из крошечных неделимых частиц, которые мы называем атомами. Но сегодня наука знает, что это не так. И что атомы представляют собой системы, состоящие из более мелких частиц: электронов, протонов и нейтронов. Из них только электроны считаются элементарными частицами, принадлежащими к более широкому семейству - лептонам. А вот протоны и нейтроны представляют собой структуры, состоящие из более мелких частиц, которые учёные называют кварками. И лептоны, и кварки - это общие названия, объединяющие огромный конгломерат элементарных частиц и показывающие, насколько сложен мир субатомных частиц, включающий нейтрино, мюоны, пионы, бозоны и так далее...

Глюк стандартной модели

Но как будто всей этой «бригады» частиц недостаточно, чтобы пугать школьников на уроках физики, и вызывать бессонницу у кандидатов в доктора, было обнаружено, что помимо того мира, где доминирует материя, существует другой мир, в котором частицы находятся как бы в «зазеркалье». И их «изображение» имеет противоположный знак электрического заряда и «обратные» свойства. Эти частицы с яростью противостоят «нормальной» материи, вплоть до уничтожения друг друга, если частицы и античастицы внезапно встретятся. Это мир, в котором доминирует «антиматерия».

У каждой частицы материи есть аналог в антиматерии. Так, например, античастицей электрона, имеющего отрицательный электрический заряд, является позитрон, имеющий положительный заряд. А ещё есть антипротон, который «противостоит» протону. Каждая частица имеет свой аналог в зеркале мира антиматерии.

Изначально, когда было установлено существование антиматерии, считалось, что оба мира представлены во Вселенной одинаково. И что для каждой частицы материи где-то во Вселенной должен существовать её аналог – соответствующая античастица.

Однако оказалось, что это вовсе не так. Согласно современным расчётам, на каждый миллиард частиц материи во Вселенной приходится только одна частица антиматерии!

В чем же причина такого перекоса?

И вот в этом месте Стандартная модель даёт сбой. Она быстро-быстро моргает глазами, а потом уходит от вопросов, притворившись спящей. Или даже мёртвой. Она не способна объяснить загадку асимметрии между материей и антиматерией. Никак. Ведь все её постулаты предполагают, что в момент Большого Взрыва материи и антиматерии должно было появиться одинаковое количество.

И никак иначе.

Все об этом знают, но старательно пытаются избегать этого вопроса в ходе многочисленных конференций и симпозиумов.

Давайте включим эту штуку!

Шутка, конечно же. Физики долго думали, что же делать, и как с этим жить дальше. И в итоге решили, что для решения проблемы нужно непременно провести эксперименты на Большом адронном коллайдере, огромном ускорителе частиц. В ходе этих экспериментов два пучка протонов очень высоких энергий сталкиваются друг с другом и разбиваются вдребезги. А учёным только этого и надо. Они с нескрываемым удовольствием изучают продукты распада протонов, которыми являются кварки.

Исследователи пробуют найти в результатах таких экспериментов какие-то особенности, которые могут помочь им понять – в чём же всё-таки состоят различия между материей и антиматерией?

Однако пока что все результаты, полученные в ходе проведения подобных работ, как назло, согласуются со Стандартной моделью. И, следовательно, решение проблемы отсутствия антиматерии таким методом пока не найдено.

Неспокойные нейтрино

Отсутствие результатов заставило физиков искать другие пути. И одним из них является теория под названием «лептогенез». В лептогенезе участвуют нейтрино. Это такие частицы (лептоны) с очень маленькой массой, не имеющие заряда, которые могут пересекать огромные толщи вещества, никак с ним не взаимодействуя.

Чтобы исследовать эту возможность, японские физики организовали эксперименте под названием T2K. В этом эксперименте луч нейтрино, генерируемый на восточном побережье Японии, проходит 300 километров, чтобы достичь детектора, расположенного на дне шахты в горах на западе страны.

Целью эксперимента является изучение процессов изменения нейтрино (смена «поколения», превращение в антинейтрино) по мере их движения (осцилляции нейтрино).

И что вы думаете? Полученные к настоящему времени результаты показывают признаки различного поведения нейтрино и антинейтрино! И это очень интересно. Поскольку подобные данные показывает, что материя и антиматерия не являются аналогами друг друга!

Стандартная модель этот момент никак не объясняет. Она насупившись молчит, и делает вид, что ничего особенного не происходит...