Асимметрия материи и антиматерии в ранней Вселенной остаётся необъяснённой
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Видимая Вселенная состоит из материи, хотя известная физика предполагает, что ранняя Вселенная должна была породить материю и антиматерию в равных количествах. Крошечный избыток материи над антиматерией — примерно одна частица на миллиард — стал сырьём для всех последующих галактик, звёзд и планет. Происхождение этой асимметрии остаётся необъяснённым, несмотря на лабораторное подтверждение симметрии материи и антиматерии.
Ключевые факты
- Видимая Вселенная содержит протоны, нейтроны и электроны, а не их антиматериальные аналоги.
- Дисбаланс материи и антиматерии обычно представляют как одну лишнюю частицу материи на миллиард пар материя-антиматерия.
- Обзор CERN по антиматерии объясняет, как частицы и античастицы могут рождаться вместе и аннигилировать при встрече.
- Антиматерия встречается в радиоактивных процессах, столкновениях космических лучей и в высокоэнергетических лабораториях.
- Космологи количественно описывают реликтовое излучение через отношение барионов к фотонам, обозначаемое eta.
Асимметрия материи и антиматерии
Видимая Вселенная состоит из материи: звёзды, планеты, газ и люди содержат протоны, нейтроны и электроны, а не их антиматериальные аналоги. Этот знакомый факт отражает настолько малый дисбаланс в ранней Вселенной, что его обычно представляют как одну лишнюю частицу материи на миллиард пар материя-антиматерия. По мере расширения и охлаждения Вселенной частицы и античастицы встречались и аннигилировали, превращая свою массу в другие частицы и излучение. Идеально сбалансированная популяция оставила бы почти не осталось обычной материи, но крошечный избыток, который сохранился, стал сырьём для всех последующих галактик, звёзд, планет и живых клеток.
Свойства антиматерии
У каждой известной элементарной частицы материи есть античастица с той же массой и противоположным электрическим зарядом или другими обращёнными квантовыми числами. Позитрон — античастица электрона, а антипротон содержит антикварки вместо кварков протона и несёт отрицательный, а не положительный заряд. Обзор CERN по антиматерии объясняет, как частицы и античастицы могут рождаться вместе и аннигилировать при встрече. Аннигиляция не означает исчезновения сохраняющихся физических величин: энергия, импульс и электрический заряд по-прежнему сбалансированы. Аннигиляция электрона и позитрона может порождать фотоны, а аннигиляция протона и антипротона обычно порождает мезоны, которые распадаются на более лёгкие частицы и излучение.
Космологическая загадка
В достаточно горячей среде энергия постоянно превращается в пары частица-античастица и обратно, и лабораторные столкновения воспроизводят эту базовую симметрию. При отсутствии механизма, отдающего предпочтение материи перед антиматерией, естественная тепловая отправная точка имеет почти равные содержания и нулевое суммарное барионное число. Наблюдаемая Вселенная требует небольшого положительного суммарного барионного числа, тогда как симметричное начало не даёт его вовсе. Эта проблема в основном касается барионной материи — протонов и нейтронов в атомных ядрах, а также электронов, необходимых для нейтральных атомов. Тёмная материя — отдельный неидентифицированный компонент, и называть космос доминируемым материей в этом контексте не означает, что обычные атомы составляют большую часть его полной массы-энергии.
1 источник
Время · отставание