Японские физики приблизились к разгадке: почему материя победила антиматерию

Учёные из Университета Хиросимы представили теорию, которая может пролить свет на одну из самых загадочных тайн космологии — почему наша Вселенная состоит из материи, а не антиматерии. Исследование опирается на нетрадиционную математическую концепцию — геометрию Финслера, способную объяснить дисбаланс, возникший вскоре после Большого взрыва.

Почему вопрос материи и антиматерии так важен

По современным представлениям, в момент рождения Вселенной материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах. При столкновении они взаимно уничтожают друг друга, высвобождая энергию. Однако мы живём в мире, где материя явно преобладает. Почему это произошло — один из главных нерешённых вопросов физики элементарных частиц.

Геометрия, которая видит движение

В своей работе японские исследователи предложили рассматривать раннюю Вселенную через призму геометрии Финслера — направления, которое расширяет рамки привычной римановой геометрии, лежащей в основе общей теории относительности. Если риманова геометрия описывает пространство и время через координаты, то финслерова учитывает ещё и скорости частиц. Это позволяет моделировать поведение материи на уровне, где квантовые эффекты и гравитация взаимосвязаны.

Новая математическая структура позволила по-новому взглянуть на процессы, происходившие в первые мгновения существования космоса, когда энергия частиц была колоссальной, а пространство ещё не обрело привычные свойства.

Узлы, нейтрино и квантовые туннели

Ключевым элементом работы стала идея о разрушении квантовых узлов - структур, возникающих в поле при экстремальных энергиях. По словам профессора Нитты, это разрушение происходило благодаря квантовому туннелированию, процессу, при котором частицы преодолевают энергетические барьеры, что в классической физике считается невозможным.

"Разрушение узлов посредством квантового туннелирования приводило к появлению тяжелых правосторонних нейтрино, при этом энергетический уровень процесса достигал 100 ГэВ — достаточное значение для фиксации асимметрии", — пояснил профессор Нитта.

Эти нейтрино, по мнению исследователей, могли стать тем самым механизмом, который обеспечил перевес материи над антиматерией, позволив Вселенной принять современный вид.

Сравнение подходов к описанию Вселенной

Как могла появиться асимметрия

В момент расширения молодого космоса энергия излучения рассеивалась быстрее, чем энергия структур, ведущих себя подобно материи. Это создало дисбаланс, который закрепился по мере охлаждения Вселенной. Когда температура упала ниже критического значения, произошла фаза, в которой материи оказалось немного больше — именно этот "излишек" и стал основой для формирования звёзд, планет и жизни.

Шаг за шагом: как физики объясняют этот процесс

1. После Большого взрыва Вселенная находилась в состоянии сверхвысокой энергии.

2. Возникли квантовые поля с узловыми структурами, сохраняющими симметрию.

3. Под действием туннелирования часть этих узлов разрушилась, создавая тяжёлые нейтрино.

4. Их распад нарушил баланс между материей и антиматерией.

5. В результате осталась небольшая, но решающая доля материи — основа всего существующего.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: рассматривать симметрию материи и антиматерии только с точки зрения стандартной модели.
  Последствие: невозможность объяснить наблюдаемое доминирование материи.
  Альтернатива: включение финслеровой геометрии в космологические расчёты.

• Ошибка: игнорировать влияние скоростей частиц на форму пространства.
  Последствие: упрощённое представление о ранней Вселенной.
  Альтернатива: использование многомерных моделей, учитывающих кинематические параметры.

А что если финслерова геометрия действительно верна?

Если гипотеза японских физиков подтвердится, это может стать шагом к новому объединению квантовой механики и гравитации. Научное сообщество давно ищет теорию, способную связать микромир элементарных частиц и макромир космоса. Геометрия Финслера потенциально способна стать таким мостом.

Плюсы и минусы новой модели

FAQ

Что такое геометрия Финслера?
Это обобщение римановой геометрии, где свойства пространства зависят не только от координат, но и от скорости частиц.

Почему важны правосторонние нейтрино?
Их существование объясняет нарушение симметрии и появление избытка материи.

Можно ли проверить теорию на практике?
Пока нет — требуемые энергии превышают возможности современных ускорителей, но косвенные эффекты могут быть найдены в астрофизических наблюдениях.

Мифы и правда

• Миф: материя и антиматерия полностью уничтожили бы друг друга.
  Правда: небольшой избыток материи мог остаться из-за нарушения симметрии.

• Миф: нейтрино не имеют значения в космологии.
  Правда: именно они могут быть ключом к пониманию асимметрии.

• Миф: только Большой взрыв определил состав Вселенной.
  Правда: поствзрывные квантовые процессы также сыграли решающую роль.

Исторический контекст

• В 1960-х годах были открыты первые следы нарушения симметрии между материей и антиматерией.

• В 1990-х физики предложили механизмы бариогенеза — процесса, создающего избыток материи.

• В 2025 году японские учёные представили геометрическую модель, объясняющую этот феномен без противоречий стандартной физике.

Три интересных факта

• Нейтрино — самые лёгкие известные частицы, но их масса до сих пор точно не определена.

• Если бы антиматерия преобладала, физические законы выглядели бы теми же, но мир был бы зеркально обратным.

• В космосе всё ещё ищут области, где антиматерия могла сохраниться — например, антимировые галактики.