#ηeωs

Как известно, у каждой частицы есть античастица, которая отличается от неё, например, противоположным зарядом. Когда частица встречается со своей античастицей, они аннигилируют, превращаясь в чистую энергию (ака свет). Тем не менее физики полагают, что во время большого взрыва родилось одинаковое количество материи и антиматерии. Почему же Вселенная не аннигилировала в первые же наносекунды своей жизни? Небольшая часть материи выжила, из неё и получилась та Вселенная, в которой мы живём.

Учёные пока не знают ответа на этот вопрос. По-видимому, в каких-то взаимодействиях материя и антиматерия ведут себя по-разному, приводя к нарушению CP-симметрии. CP-симметрия означает, что если частицы заменить античастицами и отразить систему в зеркале, то она будет себя вести так же, как исходная. Вообще-то, нарушения CP-симметрии в слабом взаимодействии уже были обнаружены ранее, но эти нарушения настолько малы, что не могут быть ответственны за существование Вселенной.

В Японии проводится эксперимент по изучению нейтринных осцилляций, то есть превращений нейтрино разных сортов (электронное, тау и мю) друг в друга. В частности изучается превращение мю-нейтрино в электронные. Эксперимент носит название T2K (Tokai to Kamioka, из Токая в Камиоку). В Токае генерируется поток мю-нейтрино, который отправляется на 300 км в Камиоку, где стоит детектор. Часть нейтрино по дороге превращаются из мю в электронные. Это первый эксперимент такого рода, и его целью является не только изучение осцилляции мю-нейтрино, но и поиск нарушения CP-симметрии — будут ли нейтрино и антинейтрино осциллировать с одинаковой частотой или с разной?

В 2016 году уже сообщалось, что эксперимент обнаружил намёки на нарушение CP-симметрии в нейтринных осцилляциях. Детектор поймал 32 электронных нейтрино. А когда посылали поток антинейтрино — удалось поймать только 4 электронных антинейтрино. Но это очень небольшая выборка, и есть 10% шанс, что так получилось из-за чистой случайности.

В 2017 году результаты улучшились — счёт нейтрино к антинейтрино стал 89 к 7. Это снижает вероятность случая до 5%, но всё ещё недостаточно для научного открытия. Набрать необходимый объём данных планируют к 2020 году. Но если CP-симметрия в нейтринных осцилляциях и впрямь нарушается, это вполне может объяснить существование материи и отсутствие антиматерии в нашей Вселенной.

#φuωkα

Эпиграф: — Ты хочешь ликвидировать время, пространство и материю? — Именно так! © Лем. Кибериада

Недавно мы расправились с пространством-временем, осталось разделаться с материей. Тем более что появился хороший повод в виде объясняющей статьи (en).

Как известно, тело состоит из атомов, и масса тела равна суммарной массе его атомов. Атомы, в свою очередь, состоят из ядра и электронов. Электроны очень лёгкие, поэтому основная масса атома приходится на нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре. До этого момента масса подчиняется закону сложения, но если мы заглянем глубже, всё рушится. Каждый нуклон состоит из трёх кварков, но суммарная масса этих кварков даёт лишь несколько процентов от массы протона или нейтрона. Где же прячется остальная (основная) масса?

Её формируют безмассовые частицы глюоны, которыми обмениваются кварки в процессе взаимодействия. Но как безмассовые частицы создают массу (покоя)? Допустим они обладают энергией (как фотоны), но ведь их энергия зависит от системы отсчёта, а масса — не должна зависеть, это инвариантная величина.

Представьте два одинаковых фотона, которые разлетаются в противоположные стороны. Энергия системы равна суммарной энергии двух фотонов. Но их суммарный импульс равен нулю, а значит можно считать, что «двухфотонник» покоится, просто увеличивается в размерах. Стало быть его энергия — это не что иное, как энергия покоя. Она и определяет ненулевую массу «двухфотонника». Таким образом, если в системе частицы не движутся строем в одну сторону, а летают туда-сюда, то их энергия создаёт прибавку к общей массе системы. Это работает как для безмассовых частиц, так и для массивных.

Мы привыкли считать, что материя первична и обладает энергией. Но выходит, что наоборот — материя (масса) есть лишь манифестация энергии, т. к. большинство массы во Вселенной формируется безмассовыми частицами. Эйнштейн так и писал, что масса тела есть мера содержащейся в нём энергии. И его формула сначала выглядела как m = E/c².