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 и объясняющие то, почему последней в "нашей" части мироздания почти нет. 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. Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными. Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга, лишив мироздание всех запасов и материи, и антиматерии. Поэтому возникает вопрос - куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная. Ученые пытаются ответить на него, замеряя и сравнивая их свойства. Вдобавок, многие космологи сегодня считают, что этот парадокс объясняется не только различиями в свойствах материи и антиматерии, но и некоторыми особенностями в устройстве Вселенной. В частности, они предполагают, что она разделена на множество "пузырьков" с несколько разными физическими свойствами, часть из которых состоит почти исключительно из обычной материи, а другие – из ее антипода. Подобный сценарий позволяет не только объяснить то, 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. У этой изящной теоретической идеи, как отмечает Долгов, есть одна большая проблема. Ученые пока не нашли никаких следов существования границ между подобными "пузырьками", так называемых "доменных стенок" или же объяснений того, как они могли исчезнуть почти сразу после рождения Вселенной. "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 её 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 и найти правдоподобное объяснение тому, как доменные стенки могли относительно "мирно" исчезнуть, изучая их поведение во время первых, самых быстрых стадий расширения границ мироздания. Ученых интересовало то, как процесс расширения Вселенной мог влиять на "толщину" этих стенок. Дело в том, что если границы между "пузырьками" материи и антиматерии были достаточно тонкими, то тогда их частицы могли взаимодействовать друг с другом, порождая очень мощный и хорошо заметный сигнал. С другой стороны, процесс расширения Вселенной может сам по себе "растянуть" эти стенки и сделать их достаточно толстыми для того, чтобы взаимная аннигиляция прекратилась, а сами эти структуры при этом были бы невидимыми для нас. Российские физики проверили, при каких условиях это возможно, используя компьютерные модели мироздания. Эти расчеты раскрыли необычный феномен – если стенки были изначально достаточно тонкими, то они фактически не менялись в процесс "растягивания" всей остальной Вселенной. Толстые стенки вели себя иначе. Изначально они расширялись, однако когда их толщина становилась меньше, чем так называемый радиус Хаббла – размеры видимой части Вселенной, которая пока удаляется от нас медленнее, чем скорость света, ситуация резко менялась. В этот момент стенки между "пузырьками" начинали сжиматься, а не расширяться, причем через некоторое время они достигали некоторой постоянной, исчезающе малой величины, на которую дальнейшее расширение мироздания никак не влияло. Все эти процессы, как отмечают ученые, должны были происходить еще до того, как возникли частицы материи и антиматерии, что должно было спасти их от взаимного самоуничтожения после того, как первая фаза расширения Вселенной завершалась, 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 далёкое скопление галактик, которое астрономы уже много лет наблюдают, на самом деле состоит из антиматерии", — заключает Александр Руденко, коллега Долгова из ИЯФ СО РАН.