Почему Вселенная насыщена материей — звездами, планетами и даже нами, — а не осталась пустой? Этот вопрос беспокоит физиков на протяжении многих лет.
Согласно теоретическим оценкам, Большой взрыв должен был создать равные объемы материи и антиматерии, которые при встрече уничтожают друг друга. Если бы баланс был идеальным, все аннигилировало бы — и ничего не осталось бы. Однако возник незначительный перевес в пользу материи, и именно поэтому мы сейчас существуем во Вселенной, заполненной галактиками, звездами и планетами. Какой механизм обеспечил этот перевес — один из самых значимых вопросов современной физики. Два крупнейших эксперимента по исследованию нейтрино в мире впервые объединили свои данные, чтобы приблизиться к ответу на этот вопрос.
Нейтрино — исключительно легкие частицы без электрического заряда, которые постоянно пронизывают окружающее пространство, почти не взаимодействуя с другими частицами. Эта неуловимость делает их идеальным инструментом для проверки основных законов физики. Существует три вида нейтрино — электронные, мюонные и тау, при этом частицы могут преобразовываться из одного типа в другой — этот процесс называется осцилляцией.
Если нейтрино и их антипартнеры — антинейтрино — осциллируют по-разному, это может указывать на нарушение так называемой CP-симметрии, принципа, согласно которому материя и антиматерия должны подчиняться одинаковым законам. Это нарушение симметрии — один из возможных ключей к разгадке.
Американский эксперимент NOvA направляет пучок нейтрино на расстояние 810 километров от ускорителя вблизи Чикаго до детектора массой 14 тысяч тонн в Миннесоте. Японский T2K отправляет нейтринный пучок на 295 километров до огромного подземного детектора Супер-Камиоканде. Каждый эксперимент имеет свои сильные стороны: у NOvA — большая дистанция, у T2K — более интенсивный поток частиц. Объединив данные, ученые смогли точнее измерить параметры нейтринных осцилляций — и обнаружили признаки того, что нейтрино и антинейтрино действительно ведут себя по-разному.
«Мы сделали шаг вперед в решении огромного, казалось бы, непосильного вопроса: почему Вселенная все же заполнена материей, а не пуста? — говорит профессор Марк Мессье из Университета Индианы. — И наше исследование может стать основой для будущих научных работ. Меня завораживает как физика, что такой грандиозный вопрос можно разбить на маленькие последовательные шаги и, вместо того чтобы замирать перед его масштабом, реально двигаться к ответу о том, почему мы здесь».
В совместном анализе приняли участие сотни ученых из более чем десятка стран. Эта работа не только приближает решение одного из ключевых вопросов физики, но и демонстрирует, как будут организованы крупные физические эксперименты будущего — через международное сотрудничество и объединение данных.
Ученые также обнаружили, что сразу после Большого взрыва Вселенная была удивительно «жидкой».
Фото: hi-tech.mail.ru