Антиматерия за стеной

Российские космологи предприняли попытку разрешить одну из главных загадок Вселенной – почему в ней почти нет антиматерии и почему она состоит в основном из материи. Эта асимметрия в пользу материи является основой нашего существования, потому что если бы количество материи и антиматерии в ранней Вселенной было одинаковым, они бы взаимно аннигилировались, и современная Вселенная, вероятно, не существовала бы. Современная теория микромира, известная как Стандартная модель, не объясняет эту асимметрию, так как предполагает, что ранняя Вселенная была симметрична и содержала одинаковые количества материи и антиматерии. Тем не менее, существует несколько гипотез, объясняющих возможное возникновение такой асимметрии.

Возможно, какие-то из Галактик на этом фото состоят из антиматерии. Фото звёздного неба с большим разрешением сделано космическим телескопом Хаббл (NASA, ESA, P. Oesch, M. Montes).
Возможно, какие-то из Галактик на этом фото состоят из антиматерии. Фото звёздного неба с большим разрешением сделано космическим телескопом Хаббл (NASA, ESA, P. Oesch, M. Montes).

Одна из гипотез предполагает, что мы живем в большой области Вселенной, заполненной материей, в то время как где-то в далеких уголках Вселенной существуют области, состоящие либо из антиматерии, либо из материи. Эти области называются доменами. Они случайным образом возникли в ранней Вселенной и затем расширились до современных размеров. Однако, чтобы материя и антиматерия из соседних доменов не взаимодействовали и не уничтожали друг друга, эти домены должны быть разделены доменными стенами. Это понятие было заимствовано из материаловедения, где оно используется для описания границ между областями с различной магнитной направленностью, также известными как домены.

Как же возникла эта картина Вселенной? Предположим, что в ранней Вселенной существовало поле, которое имело нулевое значение. В результате случайного нарушения симметрии, в некоторых областях (доменах) поле приняло отрицательное значение, а в других – положительное. Это привело к возникновению материи преимущественно в одних доменах и антиматерии – в других. Там, где эти домены соприкасаются, поле плавно меняет свое значение, обеспечивая существование доменных стен. Кроме того, гравитация в доменных стенах отталкивает, а не притягивает, обеспечивая надежное разделение доменов.

График зависимости толщины стенки от времени. В период инфляции толщина сильно растёт, а затем уменьшается до нуля
График зависимости толщины стенки от времени. В период инфляции толщина сильно растёт, а затем уменьшается до нуля

Эта гипотеза является очень привлекательной, но она сталкивается с проблемой: астрономы не наблюдают доменных стен в современной Вселенной. По теории, такие стены должны содержать огромное количество энергии, что сказалось бы на физических свойствах Вселенной, делая их неоднородными. Например, гравитация и температура реликтового излучения, оставшегося после Большого Взрыва, зависели бы от направления наблюдения и были бы различными. Однако наблюдения не подтверждают это. Поэтому некоторые космологи, включая академика В. А. Рубакова, считают эту гипотезу «проблематичной». Тем не менее, ее сторонники работают над решением этой проблемы.

Космологи из Лаборатории космологии и элементарных частиц Новосибирского государственного университета, под руководством доктора физико-математических наук Александра Долгова, предложили механизм, который объясняет исчезновение доменных стен еще на стадии инфляционного расширения Вселенной. Поле, которое порождало домены, исчезает, но сами домены материи и антиматерии сохраняются. При определенных условиях стены могут предварительно вырасти до космологических масштабов. Переходная область между доменами продолжает отделять материю и антиматерию даже после исчезновения поля, предотвращая их взаимодействие и сохраняя их от возможного уничтожения.