Почему материя и наша Вселенная вообще существуют?

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Начало нашей вселенной было жестоким и хаотичным. Частицы материи и антиматерии появлялись и исчезали, исчезая во вспышках света. Созданные парами, если электроны, нейтроны, протоны и их эквиваленты из антивещества (с противоположными электрическими зарядами) соприкасались, они аннигилировали друг друга, оставляя только чистую энергию, видимую во вспышках фотонов. И если бы этот баланс сохранялся, у нас бы ничего не осталось. Не было бы вселенной — не было бы нас.

Но очевидно, что это не так, и каким-то образом материя преобладала, а оставшиеся частицы образовывали атомы, молекулы и, в конечном итоге, всю существующую у нас материю. И, как ни странно, антиматерии мы можем найти не так уж и много.

Чем объясняется проблема асимметрии, даже если математика, кажется, указывает на другую сторону, призывая к симметрии? Новая статья группы под руководством лауреата Нобелевской премии по физике Эрика А. Корнелла из JILA/NIST Университета Колорадо в Боулдере делает шаг к ответу на этот вопрос.

Доктор Эрик Аллин Корнелл разделил Нобелевскую премию по физике 2001 года с Карлом Э. Виманом и Вольфгангом Кеттерле за их работу по синтезу первого конденсата Бозе-Эйнштейна в 1995 году. Сейчас группа физиков-экспериментаторов Корнелла в JILA изучает фундаментальные частицы, такие как электроны, чтобы обнаружить асимметрию.

В своем новом исследовании, опубликованном в журнале Science, группа делится рекордными измерениями количества электронов, что приближает нас к выяснению источника асимметрии.

Команда сосредоточила свое внимание на так называемом электрическом дипольном моменте электрона (eEDM). eEDM говорит нам, насколько равномерно отрицательный электрический заряд, переносимый электроном, распределяется между его северным и южным полюсами. Если есть неравномерность при измерении eEDM выше нуля, это будет указывать на то, что электрон не является полностью круглым и имеет более яйцеобразную форму. Это, в свою очередь, было бы свидетельством асимметрии, которая могла бы объяснить существование материи.

Работая с молекулами фторида гафния, команда Корнелла значительно расширила наши возможности измерения eEDM. Им удалось провести измерение в 2,4 раза точнее, чем сделанные ранее.

Как поясняется в пресс-релизе Национального института стандартов и технологий (NIST), процесс включал использование ультрафиолетового лазера для отрыва электронов от молекул, создания набора положительно заряженных ионов, которые затем были пойманы.

Электромагнитное поле менялось вокруг ловушки, заставляя молекулы либо выравниваться, либо не выравниваться. Затем лазеры были использованы для измерения уровней энергии в двух группах, созданных таким образом. Любая разница в уровнях указывала бы на то, что электроны несимметричны.

В новом эксперименте команде удалось добиться более длительного времени измерения, чем раньше. Это, в свою очередь, привело к повышению чувствительности и точности. Однако они не заметили никакого движения на уровнях и пришли к выводу, что, по крайней мере, на этом уровне точности электроны все еще кажутся круглыми.

Фото: Кейси А. Касс/Университет Колорадо.

Компания Interest Engineering поговорила с доктором Эриком Корнеллом, чтобы получить более подробное представление о методах и результатах группы.

Нижеследующее было немного отредактировано для ясности и наглядности.

Интересная инженерия: Почему важно найти доказательства асимметрии?

Д-р Корнелл: Мы с самого начала знаем, что существует асимметрия, и что касается асимметрии материи и антиматерии, Вселенная состоит из одного, а не из другого. И мы можем, по сути, оглянуться назад во времени и увидеть, что после Большого взрыва во Вселенной было в миллиард раз больше материала, чем сейчас. И на каждые 1 миллиард протонов и 1 миллиард антипротонов на самом деле приходился миллиард и один протон, и поэтому все они слиплись. А то, что осталось, — это крошечная часть материи и антиматерии, оставшаяся после Большого взрыва.