Почему во Вселенной почти нет антиматерии: ее могли «съесть» черные дыры

Антиматерия — это зеркальный двойник обычного вещества. Античастицы во всем идентичны обычным частицам, но имеют противоположный электрический заряд. Когда частица вещества встречается со своей античастицей, они аннигилируют, то есть взаимно уничтожаются с выделением энергии. 

Поэтому открытие антиматерии сразу поставило перед физикой фундаментальную проблему: если после Большого взрыва вещества и антивещества родилось поровну, то все вещество во Вселенной должно было аннигилировать еще в самом начале. Но этого не произошло — звезды, галактики, планеты и все сопутствующие им объекты и явления, включая нас, существуют. Значит, в ранней Вселенной должен был сработать какой-то механизм, который нарушил это равновесие в пользу обычной материи.

В гипотезе Поплавского ключевую роль играют первичные черные дыры — теоретические объекты, которые, как предполагается, могли возникнуть вскоре после Большого взрыва там, где вещество в молодой Вселенной местами скапливалось особенно плотно. По мысли автора, антиматерия в ранней Вселенной могла захватываться такими черными дырами эффективнее, чем обычная материя. Тогда часть антиматерии просто исчезла бы за горизонтом событий, а оставшаяся затем аннигилировала бы с веществом.

Почему черные дыры в этой схеме чаще захватывали именно антиматерию, Поплавский объясняет так: в очень ранней Вселенной частицы антиматерии могли быть чуть массивнее соответствующих частиц обычной материи. Из-за этого они двигались медленнее, а медленную частицу черной дыре захватить проще, чем быструю. 

Но здесь есть важное допущение: такая идея работает только в том случае, если при очень высоких плотностях или на очень малых расстояниях между веществом и антивеществом действительно могла возникать небольшая разница в массе. Все полученные и изученные к настоящему времени частицы антиматерии по массе совпадают с обычными частицами.

Эта идея интересна еще и тем, что она пытается связать асимметрию между материей и антиматерией с другой большой загадкой — очень быстрым ростом сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Если первичные черные дыры действительно поглощали антиматерию, они могли быстро набирать массу и стать «зародышами» гигантских черных дыр, которые телескоп «Джеймс Уэбб» уже видит в молодой Вселенной. 

Автор работы надеется, что в будущем такие сценарии удастся проверить косвенно — например, через гравитационные волны, нейтрино или более точные эксперименты по сравнению свойств материи и антиматерии. До этого говорить о подтверждении рано.

Все самое важное и интересное про антиматерию — что это, как ее получают и, главное, сколько она стоит — собрали в этом материале.

Иллюстрация Robert Lea