Про антиматерії широкі маси знають досить давно. Приблизно з 60-х, коли вийшов перший серіал Star Trek. Адже саме антиречовина є джерелом енергії для варп-ядра – технології сверхсветових подорожей в цьому всесвіті. Проте вчені знали про антиречовину ще раніше.

Антиматерія

Першим об’єктом, цілком складається з античастинок, був синтезований в 1965 році анти-дейтрон (ізотоп водню). У 1970-1974 рр. на серпуховському прискорювачі були отримані і більш важкі антиядра — тритію (ізотоп водню), гелію. У 1995 році в Церні був синтезований атом антиводню, що складається з позитрона і антипротона. В останні роки антиводень був отриманий в значних кількостях і було розпочато детальне вивчення його властивостей.

У 2010 році фізикам вперше вдалося швидко зловити в «пастку» атоми антиречовини. Для цього вчені охолоджували хмара, що містить близько 30 тисяч антипротонів, до температури 200 кельвінів (мінус 73,15 градуси Цельсія), і хмара з 2 мільйонів позитронів до температури 40 кельвінів (мінус 233,15 градуса Цельсія). Фізики охолоджували антиречовину в пастки Пеннінга, вбудованої всередину пастки Іоффе-Пітчарда. У загальній складності було спіймано 38 атомів, які утримувалися 172 мілісекунди.

У травні 2011 року результати попереднього експерименту вдалося значно поліпшити — на цей раз було спіймано 309 антипротонів, які утримувалися 1000 секунд. Подальші експерименти по утриманню антиречовини покликані показати наявність або відсутність для антиречовини ефекту антигравітації.

Але до цих пір вчені вважали, що антиречовина підпорядковується тим же фізичним законам, що і звичайне. Як виявилося, це не так, але про все по порядку.

Загадка фізики

У нашій Всесвіту антиматерії майже немає. Цей факт легко перевірити – якщо б вона була в рівній кількості з звичайною матерією, це призводило б до анігіляції, чого явно не спостерігається. У сучасній фізиці прийнято вважати, що вважати, що після Великого вибуху матерія і антиматерія у Всесвіті існували в рівних кількостях, однак тепер баланс змістився.

Це питання входить в список головних загадок сучасної фізики, але, схоже, вчених із Церну змогли підібрати до неї ключ. Як передбачається, для матерії і антиматерії діють різні фізичні закони.

Можливе рішення

Передбачається, що кожній частинці звичайної матерії «протистоїть» частинка антиматерії десь у Всесвіті. Кожному атому водню відповідає атом антиводню і так далі. Але тоді все впирається в Стандартну модель, згідно з якою баланс баріонів (складається з атомів речовини і антиречовини повинен зберігатися, а навколишній світ повинні періодично стрясають вибухи анігіляції.

Міжнародною групою вчених на чолі з італійським фізиком Нікола Нері з Міланського університету були проаналізовані дані 2015 року, зібрані детектором в ході робіт Великого адронного коллайдера. Дослідники помітили, що так звані лямбда-баріони – надважкі частинки, що складаються з двох легких і одного важкого кварка, розпадаються незвичайним чином. Іноді ці частинки іноді розпадаються на чотири частини – три пі-мезона і один протон, а іноді (але рідше) – на два каона, пі-мезон і протон. Відповідно до Стандартної моделі, так само повинні вести себе анти-лямбда-баріони. Але свідчення детекторів вказують, що статистика розпадів античастинок не збігається в середньому на 10-20%.

Результати

Науковою мовою це звучить так – порушення CP-інваріантності распадах баріонів — найзначніше досі знайдене прояв асиметрії між матерією і антиматерией серед частинок, що складаються з трьох кварків. CP-інваріантності передбачає комбіновану симетрію, тобто дзеркальні відображення в поведінці частинок і античастинок. Порушення цього порядку означає наявність у природі принципових відмінностей між матерією і антиматерией.

Нері заявив, що вже зафіксовано понад 6 тисяч подібних аномалій, а рівень достовірності становить 3,3 сигма (одиниці стандартного відхилення). В рамках фізики елементарних частинок «відкриттям» називаються ті спостереження, в яких рівень достовірності спостережень досягає 5 сигма.

Поки ще чекають своєї черги дані 2016 року, але, якщо вони підтвердять нову теорію, це буде один з найбільших проривів в сучасній науці. Якщо ці дані підтвердяться, доведеться переглядати Стандартну модель і знання людства про фізику речовини і антиречовини.

Крім цього, в 2018 році роботи на детекторі частинок продовжаться. До цього часу його повинні оновити. Планується вивчити поведінку інших важких баріонів.