Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Сегодня мы лучше понимаем, что происходит. Мы даже нашли способы показать асимметрию между K 0и его античастицей при обратном ходе времени.

Странный кварк более массивен, чем нижний, но во всем остальном точно такой же. В результате странный кварк может отдать часть энергии и превратиться в нижний кварк. Точно так же антистранный кварк может превратиться в антинижний кварк. И наоборот, если нижний или антинижний кварк получает энергию, то он может стать странным или антистранным кварком. Это имеет большое значение для K 0и анти- K 0: они постоянно меняются, будто доктор Джекил и мистер Хайд (напомним о героях повести Стивенсона: доктор Джекил – ученый и филантроп, человек безупречной репутации, его уважают знакомые и любят друзья. В результате научных экспериментов ему удается материально раздвоить свою личность, выделив из нее порочную и злобную половину – мистера Хайда).

В форме «Джекила» мы имеем комбинацию нижнего кварка с антистранным. Антистранный теряет энергию и превращается в антинижний; иногда эта энергия просачивается наружу и происходит распад каона; но она также может быть впитана соседним нижним кварком, в результате чего тот превратится в странный кварк. В этом случае то, что начиналось как нижний кварк с антистранным кварком, превращается в странный с антинижним: K 0«Джекил» изменился в анти- K 0«Хайд».

Это означает, что K 0и анти-K 0могут меняться в одну и другую сторону: Джекил в Хайда и обратно. На научном языке это называется осцилляцией. Изначально чистый пучок K 0будет при распространении превращаться в свои античастицы, которые затем станут превращаться обратно в начальные частицы, и так далее. Это и есть осцилляция частиц. При наблюдениях распадов на лептоны выяснилось, что K 0всегда распадался с эмиссией электрона, в то время как античастица анти- K 0– с эмиссией позитрона. Если материя и антиматерия симметричны, то, вероятно, произойдет изменение K 0в анти- K 0, как и обратный процесс. Если снять фильм про осцилляцию, то смотреться он будет одинаково, независимо от того, в каком направлении прокручивать пленку – вперед или назад. Если материя и антиматерия отличаются, то и эти «обменные курсы» могут различаться.

Как заглянуть внутрь одного из этих зверей, чтобы посмотреть, не осциллирует ли он больше, чем другой? Ответ – нужно посмотреть, что остается после смерти, потому что таким образом можно сказать, был ли погибший K 0или его антиверсией. Если вы создаете пучок, в котором наблюдается смесь K 0и его антиблизнеца в пропорции 50:50, то вы можете сравнить смесь после гибели частиц. Если окажется другая пропорция, а не 50:50, это произойдет или потому, что в осцилляции наблюдается асимметрия, при трансформации Джекила в Хайда и наоборот: одно направление выбиралось чаще другого, или одна форма погибает быстрее или легче другой. Что бы это ни было, мы приходим к определенному выводу: материя и антиматерия различаются.

Во время серии экспериментов, проведенных в ЦЕРН в 1998 году, было обнаружено, что анти- К превращается в К немного быстрее, чем наоборот. Это доказывает наличие внутреннего направления стрелы времени даже на уровне базовых частиц, поскольку вы можете сказать, в какую сторону крутится пленка со снятым фильмом об осцилляции анти- К в К : вперед, если анти- К имеет склонность вымирать, и назад, если остается больше анти- К . Последствия таковы, что, если вы начинаете с равным количеством К и анти- К в смеси, то в конце концов получается небольшой излишек К . При короткой жизни К это мелочь, и сама по себе она недостаточна для объяснения большого преимущества материи во Вселенной. Тем не менее это доказательство в принципе того, что такая асимметрия может получиться.

Эти ключи к асимметрии материи и антиматерии появились в результате подарка природы: в дополнение к нижнему кварку и его более тяжелой странной версии мы теперь знаем, что природа на этом не остановилась. Эксперименты в Большом электрон-позитронном коллайдере показали, что в самом начале существования Вселенной были три «поколения» кварков и три поколения частиц, подобных электронам и связанных с ними нейтрино.

Если идеи, заложенные в уравнении Дирака, расширить таким образом, чтобы учитывать тот факт, что природа использует не одно, а три поколения, то оказывается, что материи и антиматерии больше не нужно быть симметричными двойниками. Эмпирическое доказательство этого было продемонстрировано в асимметричном поведении К и анти- К . В последние годы появились еще более веские доказательства после открытия того, что если странный кварк или антикварк в К и анти- К заменяется кварком или антикварком третьего поколения, получающиеся в результате В -мезоны и анти- В -мезоны демонстрируют еще большую асимметрию. Это соответствует тому, что было предсказано теоретически и доказывает, что существование трех поколений ароматов кварков во Вселенной допускает появление асимметрии между материей и антиматерией. Это также показывает, что удаленные галактики могут состоять как из материи, так и антиматерии. Нам нужен только разумный инопланетянин, чтобы задать ему вопрос. Но на всякий случай не стоит пожимать руку антиинопланетянину.