Почему есть люди, Земля и Вселенная

Десятилетиями физики бесполезно ломают голову над фундаментальным вопросом: Почему есть люди, Земля и Вселенная? И, по крайней мере, еще некоторое время эта головоломка будет оставаться неразгаданной. Эксперименты, которые длились 2 года с участием подземной нейтринной обсерватории, не подтвердили существование феномена, который мог бы объяснить происхождение всего сущего — фермионов Майораны.

Ученые не отчаиваются и, чтобы разгадать загадку, почему есть люди, Земля и Вселенная, предлагают сосредоточиться на проверке альтернативных гипотез.

Почему есть люди, Земля и Вселенная

Известно, что Вселенная состоит из крошечных субатомных частиц. В каждой частице материи существует «двойник с зазеркалья» антиматерии — идентичный по структуре, но прямо противоположный по свойствам. Когда частицы сталкиваются с античастицами, происходит аннигиляция, которую сопровождают вспышки света.

Согласно популярной среди физиков трактовке, сразу после Большого взрыва (благодаря которому возникла Вселенная) существовала исключительно энергия. Однако с понижением температуры начало образовываться вещество и антивещество — в одинаковом количестве.

Если утверждение Стандартной модели — ведущей теории в физике частиц, которая объясняет процессы в субатомном мире — соответствуют действительности, то «логично было предположить, что объемы материи и антиматерии должны оказаться идентичными», — рассказывает Михаэль Марино, физик из Мюнхенского технического университета (Германия) в интервью «Live Science».

Затем эти частицы аннигилировали бы, освободив потоки фотонов. Таким образом, практически не осталось бы субстанции для образования звезд, галактик и всего остального. Но большинство Вселенной все-таки состоит из вещества, антивещества же существует на удивление мало. Ученым не дает покоя вопрос: почему так?

Чтобы объяснить доминирование материи, многие ученые взяли на вооружение идею, которую впервые выдвинул итальянский физик Этторе Майорана в 30х годах ХХ в. Ученый высказал предположение: нейтрино — крошечные, незаряженные элементарные частицы, которые довольно слабо взаимодействуют с веществом — могут выступать в роли своей же антиматерии.

Если нейтрино действительно обладают такими свойствами (то есть, если они являются «фермионами Майорана», тогда, теоретически, должен происходить процесс, известный как «безнейтринный двойной бета-распад».

Он заключается в том, что нестабильное атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, теряет два нейтрона. Они в свою очередь превращаются в протоны, высвобождая два электрона и два антинейтрино. Если нейтрино являются своими же античастицами, то иногда они взаимно аннигилируют, оставляя после распада лишь два электрона.

Ученые из Обсерватории обогащенного ксенона («EXO-200») в штате Нью-Мексико потратили 2 года на поиски безнейтринного распада. Результаты их исследований на прошлой неделе опубликовал журнал «Nature». Михаэль Марино стал одним из соавторов публикации.

Для эксперимента, Почему есть люди, Земля и Вселенная, ученые выбрали нестабильный радиоактивный изотоп ксенона с 136 нейтронами. Вещество поместили в специальный контейнер-детектор, позволивший следить за процессами атомного распада.

С помощью криостата газ в детекторе поддерживали в жидком состоянии; всего использовали 200 кг радиоактивной жидкости. Чтобы космические излучения не препятствовали наблюдению, обсерваторию спрятали под землю, на глубину 650 м.

Каждый распад ярда ксенона-136 сопровождали вспышка света и увеличение электрического заряда. Анализируя, как происходит выделение фотонов и сколько при этом высвобождается энергии, команда могла с большой долей вероятности установить, имел ли место безнейтринный двойной бета-распад.

Исследование Марино и его коллег поставило под большое сомнение достоверность гипотезы Майорана, хотя полностью ее и не опровергло. В течение 2 лет обсерватория «EXO-200» зафиксировала более 60 тыс. бета-распадов, и ни один из них не имел признаков безнейтринного.

«Если безнейтринный распад все же существует, то он настолько редок, что период полураспада длится в миллион миллиардов раз дольше, чем возраст Вселенной», — объясняет полученные результаты Марино.

Однако ученые еще не спешат ставить крест на охоте за неуловимыми фермионами Майорана: несколько других проектов все еще продолжают эксперименты.

К счастью, «согласовать» Стандартную модель с фактом огромного преобладания вещества над антивеществом можно не только с помощью эфемерных нейтрино.

Физики также ищут подтверждение тому, что распределение положительного и отрицательного зарядов в нейтроне, следовательно, обуславливает так называемый «электрический дипольный момент». «Впереди — долгие поиски, но идея захватывает», — признался Марино.

Почему есть люди, Земля и Вселенная — очередная тайна природы.