Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии

МОСКВА, 29 мая — РИА Новости. Физики из Москвы и Новосибирска выяснили, как возникли особые зоны в новорожденной Вселенной, разделявшие материю и антиматерию. Их выводы были представлены в European Physical Journal C.

«

"Если бы эти стенки были живы сейчас, их было бы прекрасно видно по гравитационному полю. Поэтому мы придумали способ, как их уничтожить, чтобы они не портили нашу Вселенную, но при этом оставить на месте домены вещества и антивещества", — пояснил Александр Долгов, профессор Института теоретической и экспериментальной физики в Москве.

Ученые считают, что в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. Согласно Стандартной модели, частицы антиматерии зеркально повторяют свойства материи, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными.

Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, то во время рождения Вселенной они должны были взаимно уничтожиться. Поэтому возникает вопрос — куда пропала антиматерия и почему существует Вселенная. Ученые пытаются ответить на него, замеряя и сравнивая свойства материи и антиматерии.

Многие космологи объясняют этот парадокс не только различиями в свойствах материи и антиматерии, но и некоторыми особенностями в устройстве Вселенной. В частности, они предполагают, что Вселенная разделена на множество "пузырьков" с несколько различными физическими свойствами: часть из них состоит почти исключительно из обычной материи, а другая — из антиматерии.

Это позволяет объяснить не только, куда исчезла антиматерия, но и существование темной материи и темной энергии, расхождения в скорости расширения Вселенной в первые эпохи после Большого Взрыва и сегодня, а также многие другие космологические загадки.

Но, по словам Долгова, у этой изящной теоретической идеи есть изъян: никаких следов границ между "пузырьками" (так называемых доменных стенок) или же объяснений того, как они могли исчезнуть почти сразу после рождения Вселенной, найти не удалось.

"В первоначальной модели Вселенной доменные стенки не эволюционировали: раз возникнув, они потом никуда не исчезали. Но если бы это действительно было так, то стенки, которые содержат в себе колоссальную плотность энергии, испортили бы изотропию Вселенной, то есть одинаковость ее физических свойств во всех направлениях. В частности, они привели бы к появлению большого разброса в температуре реликтового излучения в разных половинках неба, чего в реальности не наблюдается", — поясняет космолог.

Как передает пресс-служба Института ядерной физики СО РАН в Новосибирске, Долгов и его коллеги смогли разрешить это противоречие, изучая поведение доменных стенок во время первых — самых быстрых — стадий расширения границ мироздания.

Ученых интересовало, как процесс расширения Вселенной мог влиять на толщину стенок. Дело в том, что если бы они были сравнительно тонкими, то частицы материи и антиматерии могли бы взаимодействовать друг с другом, порождая мощный и хорошо заметный сигнал.

С другой стороны, процесс расширения Вселенной мог сам по себе растянуть стенки и сделать их достаточно толстыми для того, чтобы взаимная аннигиляция прекратилась, а сами эти структуры остались бы невидимыми для нас. Российские физики с помощью компьютерных моделей мироздания проверили, при каких условиях это возможно.

Расчеты раскрыли необычный феномен — если стенки изначально были достаточно тонкими, то они фактически не менялись в процессе растягивания Вселенной. А вот толстые стенки вели себя иначе: изначально они расширялись, но когда их толщина становилась меньше так называемого радиуса Хаббла (размеров видимой части Вселенной, которая пока удаляется от нас медленнее скорости света), ситуация резко менялась.

В этот момент стенки между пузырьками начинали сжиматься и через некоторое время достигали некоторой постоянной, исчезающе малой величины, на которую дальнейшее расширение мироздания никак не влияло.

Эти процессы, как отмечают ученые, должны были происходить еще до возникновения частиц материи и антиматерии, и это должно было спасти их от взаимного уничтожения после того, как первая фаза расширения Вселенной завершилась и она охлаждалась до достаточно низких температур.

"Сейчас мы хотим понять, на каком минимальном расстоянии от нас могут находиться домены антиматерии. В пессимистичном варианте таких доменов в наблюдаемой Вселенной вообще нет. Но в оптимистичном сценарии можно ожидать, что это расстояние составляет несколько сотен миллионов световых лет. Как знать, вдруг какое-нибудь далекое скопление галактик, которое астрономы уже много лет наблюдают, на самом деле состоит из антиматерии", — заключает Александр Руденко, коллега Долгова из ИЯФ СО РАН.