Вопрос о том, почему Вселенная существует и почему в ней преобладает материя, а не антиматерия, остаётся одной из самых интригующих и фундаментальных загадок современной науки. Согласно теории Большого взрыва, в начальный момент времени Вселенная должна была содержать равное количество материи и антиматерии. Однако если бы это было так, частицы материя и антиматерия встречались бы и уничтожали друг друга, оставляя после себя пустоту и излучение. Тем не менее, мы здесь — значит, что материя в нашей Вселенной всё же в избытке. Учёные на протяжении десятилетий пытаются понять причину этого паритетного нарушения, и недавние результаты, полученные с использованием Большого адронного коллайдера (БАК), открывают новый взгляд на эту загадку.
Большой адронный коллайдер, расположенный в ЦЕРН, Швейцария, является самым мощным ускорителем частиц в мире. Его основная задача — столкнуть частицы на очень высоких энергиях и изучить, что происходит в результате этих столкновений. Особое внимание уделяется частицам, называемым барионами — к ним относятся протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра. Исследование нарушений симметрии между материей и антиматерией, известное как нарушение зарядно-паритетной симметрии (CP-нарушение), помогает объяснить, почему количество материи в нашей Вселенной больше. Ключевой эксперимент, в ходе которого были получены значимые данные, называется LHCb — Large Hadron Collider beauty experiment.
Его научная группа сосредоточена на изучении свойств частиц с участием тяжелых кварков, в частности, борных и чарм-кварков, и анализе их распадов. Эти распады являются критически важными для выявления различий в поведении материи и антиматерии. В марте 2025 года ЦЕРН опубликовал исследование под названием «Новый элемент в загадке материи и антиматерии», которое представило доказательства первого наблюдения CP-нарушения в барионах. До этого момента нарушение CP-симметрии наблюдалось в мезонах — частицах, состоящих из кварка и антикварка. Но, что более важно, новое открытие показало, что и барионы тоже испытывают нарушение CP-симметрии.
Это означает, что частицы материи и их антиматерия-аналог могут распадаться с небольшими, но измеримыми различиями в скорости, что приводит к неравенству между ними. В частности, распад барионов даёт немного больше частиц материи по сравнению с антиматерией. Именно эта крошечная «трещина» в зеркальной симметрии, по мнению учёных, могла привести к тому, что в ранней Вселенной сохранялось больше материи. Хотя обнаруженное нарушение CP-симметрии в барионах не может зафиксировать всю разницу, наблюдаемую астрономическими методами, оно открывает путь к поиску дополнительных источников CP-нарушения. Стандартная модель физики элементарных частиц, которая описывает все известные фундаментальные частицы и взаимодействия, не может полностью объяснить наблюдаемый избыток материи.
Это говорит о том, что в природе должны существовать ещё неизведанные механизмы. Поиск таких механизмов представляет собой одну из главных задач современной физики и может привести к открытиям за пределами привычных теорий. Новое исследование, опубликованное в престижном научном журнале Nature, прошло строгий этап рецензирования, что придает дополнительную достоверность этим результатам. Учёные отмечают, что хотя влияние наблюдаемого нарушения CP-симметрии в барионах невелико, его открытие — это важный шаг на пути к пониманию того, как формировалась материя в ранней Вселенной. В дальнейшем это поможет лучше понять процессы и условия, при которых возникла наблюдаемая нами Вселенная.
Эксперименты в ЦЕРНе не только подтверждают существование таких уникальных процессов, но и стимулируют развитие новых технологий и методов анализа, которые могут применяться и в других областях науки. Кроме того, новые данные из Большого адронного коллайдера способствуют созданию моделей, которые объяснят феномены тёмной материи и тёмной энергии — иные загадки, которые всё ещё волнуют научное сообщество. Таким образом, полученные данные подчеркивают исключительную роль Большого адронного коллайдера как инструмента, который помогает человечеству получить более глубокое понимание самой природы Вселенной. Разгадка причины, по которой существует больше материи, чем антиматерии, — это не просто ответ на одну из фундаментальных научных задач. Это ключ к пониманию химии, биологии, эволюции галактик и, в конечном счёте, нашего собственного существования.
Работы, подобные опубликованной статье из ЦЕРНа, открывают новые горизонты и создают надежду на то, что в ближайшие годы мы сможем приблизиться к ответам на вопросы, которые веками волновали человечество. Поиск и исследование источников нарушения CP-симметрии вне стандартных рамок может принести новые представления о структуре материи и тем самым раскрыть тайны формирования нашей Вселенной. Понимание того, почему мы здесь и почему существует всё, что мы видим вокруг, остаётся одной из величайших научных целей. И новые результаты, полученные с помощью Большого адронного коллайдера, дают нам мощный инструмент для продвижения в этом направлении, объединяя экспериментальные данные с теоретическими моделями и превращая философские вопросы в предметы строгого научного исследования.
