Вещество и антивещество ведут себя по-разному

Когда-то, в первые мгновения жизни Вселенной, вещества и антивещества в ней было много и поровну. Затем что-то случилось, и вещества оказалось на одну миллиардную часть больше. Основная доля вещества и антивещества аннигилировала и исчезла, оставив след в виде реликтового излучения, а эта миллиардная часть осталась, и из нее теперь состоят галактики, люди и тот компьютер, на экране которого вы читаете эту новость. Явное количественное преобладание вещества над антивеществом (его в сколько-нибудь заметных количествах пока найти не удалось) среди специалистов известно как «барионная асимметрия Вселенной» — мы о ней не так давно подробно писали.

Причины асимметрии пока не установлены. Ученые сходятся на том, что она основана на разном поведении вещества и антивещества при каких-то условиях. Это — нетривиальное допущение, поскольку во всех известных и доступных для экспериментального изучения ситуациях антиподы симметричны. Например, позитрон по всем своим свойствам идентичен электрону, только заряд у него положительный. И вот, оказывается, что в некоторых ситуациях антиматерия все-таки ведет себя иначе.

Международный эксперимент Tokai to Kamioka (T2K), проводимый в Японии, вкратце можно описать так. В одном месте (Токай, префектура Ибараки) формируется и отправляется в путь пучок мюонных нейтрино. В другом месте (Камиока, префектура Гифу) он регистрируется. Мы не будем сейчас вдаваться в подробности обоих событий, но заметим, что там есть много интересного.

Между точками отправки и получения — 295 км. Для нейтрино это пустяк. По дороге часть частиц осциллирует, то есть превращается в нейтрино других типов. Всего их три: мюонные, электронные и тау-нейтрино. Экспериментаторов в наибольшей степени интересуют электронные нейтрино. Их регистрируют и вычисляют вероятность превращения в них первоначального — мюонного — нейтрино. Кроме того, нейтрино способны превращаться в антинейтрино, разные виды которых также могут превращаться друг в друга. Их тоже регистрируют.

Выяснилось, что реальная вероятность превращения нейтрино друг в друга и в антинейтрино отличается от расчетной — при полностью симметричных нейтрино и антинейтрино. В своем пресс-релизе авторы эксперимента сообщают, что на данный момент им удалось зарегистрировать 89 электронных нейтрино вместо 67, которых следовало ожидать, если бы вещество и антивещество были идентичны. Аналогичные данные по антинейтрино — 7 против 9 ожидавшихся.

Малые цифры не должны нас настораживать — нейтрино известны именно тем, что слабо взаимодействуют с веществом, вследствие чего «поймать» такую частицу очень сложно. В данном случае вероятность того, что наблюдаемые отклонения от расчетов связаны с нарушением симметрии вещества и антивещества, составляет 95%. Для того чтобы считать открытие сделанным, этого еще мало, но накопление данных продолжается.