Все изученные материальные объекты Вселенной, как известно, состоят из вещества. Антивещество может быть получено лишь искусственным путем в микроскопических количествах. Более того, гипотезы о возможном существовании «естественного» антивещества «где-то», за пределами изученной нами части Вселенной, вряд ли могут быть признаны состоятельными. Как известно, при контакте вещества с антивеществом происходит аннигиляция, т.е. их взаимное самоуничтожение с образованием фотонов, нейтронов и некоторых других частиц. Таким образом, если бы антивещество и возникло, оно немедленно бы аннигилировало, вступив в контакт с вещественной материей, которой во Вселенной неизмеримо больше. Параллельное существование вещества и антивещества было бы возможно лишь в случае, если бы в природе имели место некие разделяющие их силы. Однако факт наличия таких сил не подтвержден пока ни теорией, ни экспериментами.
Признавая наличие во Вселенной одного только вещества, мы вынуждены констатировать «приоритетность» вещества под антивеществом. Но в чем причина такой приоритетности? Современная наука не дает обоснованного ответа на этот вопрос. Оно лишь констатирует неизменное превышение числа кварков (мельчайших частиц вещества) над антикварками (мельчайшими частицами антивещества) в любых превращениях с участием элементарных частиц. Это избыточное число, деленное на три, и есть барионный заряд, который остается неизменным с момента образования Вселенной. Наша задача - объяснить, почему существует этот избыток, обусловивший «вещественное» строение материи.
Учеными был предложен целый ряд теорий, объясняющий механизм образования избытка частиц над античастицами. Опишем механизм, который был предложен исторически первым. ( см. Новиков И.Д. «Как взорвалась Вселенная»). Описание механизма приведено в авторском изложении.
«Эти процессы связаны с переносчиками сил Великого объединения – Х- и Y- бозонами и тяжелыми хиггсовскими частицами в эпоху, когда температура была порядка 1027 К, т.е. 1014 ГэВ. Такие температуры во Вселенной должны были быть при t;10-34 c. (С момента Большого взрыва. - Авт. ) . При подобных температурах во Вселенной имеется смесь всех фундаментальных частиц и точно такого же количества их античастиц. Никакого избытка «лишних» частиц не было. В дальнейшем при падении температуры ключевую роль играли процессы с Х -, У- и хиггсовскими бозонами. Мы для простоты будем говорить только об одном сорте частиц — об Х-бозоне (хотя сказанное относится и к У -, и хиггсовским бо¬зонам). Когда температура падает ниже 1027 К, Х-бозоны и их античастицы Х;-бозоны уже не могут эффективно рождаться. Но оказывается, что процессы с ними становятся настолько медленными по сравнению с темпом расширения Вселенной в ту эпоху, что они не успевают сразу ни аннигилировать, ни распадаться и исчезать. Только позже, когда пройдет достаточно времени, они начнут распадаться. Этот процесс и является теперь основным для дальнейшего.
Предположим, что есть два канала распада Х-бозона (и его античастицы Х;-бозона):
1) Х-бозон с вероятностью r распадается на частицы (на два антикварка), суммарное барионное число для которых В1 = -2/3;
2) Х-бозон с вероятностью 1 - r распадается на ча¬стицы (кварк и лептон), суммарное барионное число для которых В2 = 1/3, причем В2 #В1,.
Рассмотрим объем пространства с n числом Х-бозонов и стольким же числом Х;-бозонов. Полное барионное чис¬ло после распада Х-бозона будет
В = [r В 1+(1-r)В2]n.
Аналогичный процесс происходит с Х;-бозоном:
1) Х;-бозон с вероятностью г распадается на частицы с суммарным барионным числом -В1 = 2/3;
2) Х;-бозон с вероятностью 1-r распадается на ча¬стицы с суммарным барионным числом –В2 = -1/3.
Заметим, что r # r; из-за несимметрии свойств частиц в античастиц, уже давно известной физикам.
Барионное число после распада Х;-бозона будет
B; = -[r; В1+ (1-r;)В2]n
После распада Х - и X;-бозона барионное число окажется равным
В + B; = (r-r;) ( В1- В2)n.
Это число не равно нулю, так как r #r; и В 1# В2. Теперь появился барионный заряд! Появился небольшой избыток частиц над античастицами. Этот небольшой избыток … и требуется для обеспечения исходного состояния Вселенной.
Частицы и античастицы проаннигилируют в ходе расширения Вселенной, превратившись в конце в свет (напомним, что во Вселенной остаются также нейтрино), а избыток барионов останется - он и является обычным веществом сегодняшней Вселенной ).
Рассмотренная теория логична, проста и убедительна. Неясно одно: по какой причине вероятность распада античастиц была выше вероятности распада частиц? В чем причина «несимметрии» частицы и античастицы, ведь они различаются лишь знаком некоторых физических характеристик? Получается, что положительный заряд более «жизнеспособен»; чем отрицательный? Но почему тогда сумма электрических зарядов в любой системе равна нулю?
Попытаемся дать ответы на все поставленные вопросы.
Предположим, что число семейств-поколений кварков должно составлять не 3 (как считает современная наука), а 4 . было высказано в
Согласно принципу симметрии, в момент Большого взрыва четырем поколениям кварков соответствовали четыре поколения антикварков. Причем каждое поколение, как кварков, так и антикварков обладает своим, индивидуальным и неповторимым набором свойств, в том числе имеет определенные температурные (а возможно, и какие-то другие) пределы своего существования.
Естественно, совместное существование кварков и антикварков могло продолжаться лишь в течение невообразимо малого промежутка времени, так как сразу начался процесс их аннигиляции. Пусть к моменту аннигиляции промежуток времени составляет t1 (по отношению к моменту Большого взрыва), а температура расширяющейся Вселенной – Т1 . К моменту времени t2 произошло «остывание» Вселенной до некоторой температуры Т2. Допустим, к этому моменту времени еще не все частицы и античастицы успели проаннигилировать. Не исключено, что температура Т2 (Т2<Т1) явилась «нижним пределом» существования одного из поколений антикварков (условно будем считать, что это четвертое поколение антикварков). Таким образом, при температуре Т2 происходит необратимый распад антикварков четвертого поколения, причем скорость этого распада выше, чем скорость процесса аннигиляции. Таким образом, процесс распада антикварков четвертого поколения закончился быстрее, чем процесс аннигиляции. Отсюда следует, что по окончании процесса аннигиляции должно остаться определенное число частиц, не имеющих парной античастицы, с которой они могли бы проаннигилировать. В этот момент и появляется барионный заряд.
Такое объяснение не нарушает принципа «равновесия» вещества и антивещества. Распад одного из семейств – поколений антикварков (а не кварков) объясняется тем, что температурный предел существования четвертого поколения антикварков был достигнут раньше, чем пределы существования всех остальных частиц и античастиц. Если бы образование Вселенной шло по другому пути, с иным чередованием критических состояний, то, возможно, исчезло бы одно из поколений кварков, и сохранение барионного заряда означало бы неизменное превышение антикварков над кварками, и это была бы уже другая Вселенная.
Помочь сайту
Поздравления
