Strona głównaPytania → Z czego wynika brak symetrii...

Z czego wynika brak symetrii między materią i antymaterią we Wszechświecie?

Pytanie

Pyta Bosman

Dlaczego tak usilnie zakłada się, że musi być asymetria materii i antymaterii, bo inaczej w trakcie tworzenia świata materia i antymateria anihilowałaby i nic by nie zostało? Czy nie jest możliwy scenariusz w którym w trakcie inflacji część regionów uzyskałaby przewagę materii, a część antymaterii? Oddalone od siebie mogłyby istnieć jak osobne byty.

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Dominacja materii nad antymaterią w obserwowalnej dla nas części Wszechświata oznacza lokalny brak symetrii między materią i antymaterią. Poprawna teoria oddziaływań fundamentalnych powinna wyjaśnić ten brak symetrii pozostając w zgodności ze wszystkimi dostępnymi obserwacjami. Obserwacje te sugerują (choć nie dowodzą), że w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu miała miejsce inflacja, tj. bardzo szybkie rozszerzanie się Wszechświata wywołane przez energię jednorodnego pola nazywanego inflatonem. Proces ten kończy się, gdy inflaton dochodzi do położenia równowagi, a jego energia kinetyczna umożliwia powtórne rozgrzanie Wszechświata (reheating). Wtedy też następuje kreacja materii i antymaterii we wszystkich możliwych postaciach, prawdopodobnie w sposób symetryczny. Dopiero później spodziewamy się zachodzenia procesów odpowiadających za bariogenezę, tj. powstanie asymetrii między materią a antymaterią w obserwowalnej dla nas części Wszechświata. W innych częściach Wszechświata mogą zachodzić inne procesy i powstawać inne asymetrie, ale w opisanym scenariuszu nie ma to żadnego wpływu na bariogenezę w naszej części. Tak więc oczekujemy, że asymetria między materią i antymaterią powstaje na skutek występowania asymetrycznych oddziaływań, a nie na skutek czysto „geograficznych” fluktuacji.

Doświadczenia akceleratorowe już w roku 1964 pokazały, że fundamentalne oddziaływania słabe łamią symetrię CP, czyli nie są takie same dla materii i antymaterii. Obecnie mamy do dyspozycji bardzo wiele pomiarów potwierdzających ten fakt, a także wyjaśnienie teoretyczne w ramach Modelu Standardowego z trzema generacjami kwarków i leptonów (macierz Kobayashi-Maskawy, nagroda Nobla 2008). Szczegółowe obliczenia pokazują jednak, że łamanie CP w Modelu Standardowym nie jest wystarczająco silne, aby wyjaśnić bariogenezę. Problem ten można rozwiązać modyfikując nieco Model Standardowy, np. zakładając, że dublet pól Higgsa nie jest jedynym fundamentalnym polem skalarnym w tej teorii.