Специалисты Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова (НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ), Новосибирского государственного университета (НГУ) и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) исследовали эволюцию доменных стенок (границ между областями материи и антиматерии) в ранней Вселенной. Учёные установили, что поведение стенок зависит от их толщины в плоском пространстве-времени и от параметра Хаббла – величины, характеризующей скорость расширения Вселенной. Результаты опубликованы в журнале The European Physical Journal C.

Астрономические наблюдения показывают, что Вселенная полностью состоит из материи, в то время как антиматерии чрезвычайно мало и образуется она только вторичным образом – в результате реакций между частицами. Такое стопроцентное нарушение симметрии между материей и антиматерией в современной Вселенной представляет собой большую загадку. Ведь разумно было бы ожидать, что ранняя Вселенная была симметрична, и антиматерии в ней возникло столько же, сколько и материи. Для решения этой проблемы было выдвинуто несколько гипотез. Одна из них заключается в том, что мы живём в огромной области пространства, заполненной материей, но где-то далеко во Вселенной существуют и другие области, состоящие из антиматерии. Таким образом, Вселенная оказывается в целом симметричной, но возникает другая проблема – проблема доменных стенок. Это понятие, пришедшее в космологию из материаловедения: так называют границы между доменами – областями с различными направлениями намагниченности в магнетиках. В космологии же доменные стенки – это границы между доменами материи и антиматерии. Предположительно, они могли возникнуть на ранних этапах существования Вселенной, например, на стадии инфляции – то есть, в период очень быстрого расширения.

nasa звездное небо 

«Celestial fireworks» (фото: архив NASA)

«Предположим, что в ранней Вселенной существовало некое поле, которое имело какое-то значение – пусть это будет условный ноль. В результате спонтанного нарушения симметрии, в каких-то областях пространства (доменах), поле приняло отрицательное значение, условно «–1», а в каких-то положительное – условно «+1», – поясняет младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Александр Руденко. – Там, где эти домены соприкасаются, поле плавно меняет своё значение от «–1» до «+1». Такая переходная область – граница между доменами – и есть доменная стенка».

«С течением времени толщина стенки может меняться. Мы установили, что поведение стенок зависит от двух параметров – от их толщины d в плоском пространстве-времени (то есть, в гипотетической ситуации, когда Вселенная статична и не расширяется, поэтому d – это константа), и от параметра Хаббла, который характеризует скорость расширения Вселенной (чем быстрее расширяется Вселенная, тем больше этот параметр), – рассказывает Александр. – Часто об этой величине говорят, как о «постоянной Хаббла», но на самом деле она меняется с течением времени, в частности, в ранней Вселенной она уменьшалась. Величина же обратная параметру Хаббла называется «радиус Хаббла», и она, соответственно, со временем возрастает (радиус Хаббла – это такое расстояние, находясь на котором объект, вследствие расширения Вселенной, удаляется от наблюдателя со скоростью света). Мы провели ряд вычислений и выяснили, что тонкие стенки, для которых параметр d меньше радиуса Хаббла, остаются тонкими вне зависимости от скорости расширения Вселенной, более того, их толщина всегда стремится к микроскопически малой постоянной величине. А вот толстые доменные стенки ведут себя по-другому: пока радиус Хаббла меньше, чем параметр d, стенки расширяются, но, когда радиус Хаббла, который растёт со временем, становится больше чем параметр d, расширение стенок сменяется сжатием. Это уменьшение толщины стенок происходит, несмотря на то, что Вселенная всё это время продолжает расширяться. Таким образом, какова бы ни была толщина вначале, через какое-то время она становится некой постоянной величиной – стенка прекращает эволюционировать».

график зависимости толщины стенки от времени толстые стенки 1 

График зависимости толщины стенки от времени существования (толстые стенки). Убывание начинается в точке, где  радиус Хаббла увеличился настолько, что стал равен параметру d (фото предоставлено Александром Руденко)

«В первоначальной модели Вселенной, доменные стенки также не эволюционировали: раз возникнув, они потом никуда не исчезали, – рассказывает советник по научной работе НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ, заведующий лабораторией НГУ, профессор, доктор физ.-мат. наук Александр Долгов. – Но если бы это действительно было так, то стенки, которые содержат в себе колоссальную плотность энергии, испортили бы изотропию Вселенной, то есть одинаковость её физических свойств во всех направлениях, и, в частности, привели бы к большому различию температуры реликтового излучения в разных половинках неба, чего не наблюдается».

график зависимости толщины стенки от времени тонкие стенки 1 

График зависимости толщины стенок от времени существования (тонкие стенки). После нескольких начальных колебаний толщина стенки стремится к константе (фото предоставлено Александром Руденко)

На сегодняшний момент доменные стенки не обнаружены экспериментально, поэтому учёными из Лаборатории космологии и элементарных частиц НГУ, возглавляемой Александром Долговым, был предложен механизм, при котором ещё на стадии инфляционного расширения Вселенной начинается процесс размывания этих стенок. Тем не менее, к моменту рождения материи и антиматерии, происходившему сразу после стадии инфляции, поле, которое образовывало стенку, всё ещё довольно велико, и в тех доменах, где поле положительно, возникает преимущественно материя, а в тех доменах, где поле отрицательно – антиматерия. Вскоре после этого поле внутри доменов обращается в ноль, а значит, исчезает и переходная область между доменами – доменная стенка.«Если бы стенки были живы в настоящее время, их было бы прекрасно видно по гравитационному полю, – комментирует Александр Долгов, – поэтому мы придумали способ, как эти стенки уничтожить, чтобы они не портили нашу Вселенную, но при этом домены вещества и антивещества останутся».

В дальнейшем учёные планируют продолжить свои исследования. «Наша теоретическая модель предсказывает существование космологически больших доменов материи и антиматерии с исчезнувшими к настоящему времени доменными стенками, – говорит Александр Руденко. – Если она верна, то в одном из таких доменов материи мы и живём. Сейчас мы работаем над усовершенствованием этой модели: хотим получить количественные предсказания, чтобы можно было сравнить их с результатами астрономических наблюдений. В частности, хотелось бы понять, на каком минимальном расстоянии от нас могут находиться домены антиматерии. В пессимистичном варианте таких доменов в наблюдаемой Вселенной вообще нет. Но в оптимистичном сценарии можно ожидать, что это расстояние составляет несколько сотен миллионов световых лет. Как знать, вдруг какое-нибудь далёкое скопление галактик, которое астрономы уже много лет наблюдают, на самом деле состоит из антиматерии»

Источники

Ученые смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Novosibirsk.4geo.ru, 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Новости@Mail.ru, 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии - новости на сегодня 29.05.2019
News2world.net, 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Profi-news.ru, 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
РИА Новости, 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Новости@Rambler.ru, 29/05/2019
Далекие скопления галактик могут состоять из антиматерии, считают ученые
Новосибирские новости (nscn.ru), 29/05/2019
Ученые смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
Наука в Сибири (sbras.info), 29/05/2019
Ученые объяснили эволюцию границ между участками материи и антиматерии в ранней Вселенной
ТАСС, 29/05/2019
Ученые объяснили эволюцию границ между участками материи и антиматерии в ранней Вселенной
Новости@Rambler.ru, 29/05/2019
Далекие скопления галактик могут состоять из антиматерии, считают ученые
Seldon.News (news.myseldon.com), 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Все о космосе (aboutspacejornal.net), 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
3news.ru, 29/05/2019
Российские физики раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Новосибирские новости (nscn.ru), 29/05/2019
Физики смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 29/05/2019
Физики из РФ раскрыли одну из тайн рождения материи и антиматерии
Planet-today.ru, 29/05/2019
Материя и антиматерия. Где граница?
Сети.ру (blog.cety.ru), 29/05/2019
Давным-давно, в далекой галактике...
Академгородок (academcity.org), 30/05/2019
Ученые смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 30/05/2019
Новосибирские ученые узнали об изменениях в антиматерии во Вселенной
Сиб.фм (sib.fm), 31/05/2019
Ученые смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
123ru.net, 29/05/2019
Новосибирские ученые узнали об изменениях в антиматерии во Вселенной
Seldon.News (news.myseldon.com), 31/05/2019
Новосибирские ученые узнали об изменениях в антиматерии во Вселенной
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 31/05/2019
Росатом создал технологию, которая поможет "увидеть" начало Вселенной
Seldon.News (news.myseldon.com), 30/05/2019
Росатом создал технологию, которая поможет "увидеть" начало Вселенной
ИА Атмосфера (asfera.info), 30/05/2019
Ученые смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 31/05/2019
Новосибирская область: Ученые смоделировали поведение границ между областями материи и антиматерии в ранней Вселенной
Молодежное информационное агентство (миамир.рф), 31/05/2019
Ученые просигнализировали об антиматерии и воздушной опасности у обезьян
КорПункт (korpunktrf.ru), 03/06/2019
Антиматерия за стеной
Наука и жизнь (nkj.ru), 03/06/2019
Антиматерия за стеной
Seldon.News (news.myseldon.com), 03/06/2019
Антиматерия за стеной
Финам.info, 06/06/2019
Исследователи ИТЭФ РАН и ИЯФ СО РАН раскрыли один из секретов рождения материи и антиматерии
Seldon.News (news.myseldon.com), 14/06/2019
Исследователи ИТЭФ РАН и ИЯФ СО РАН раскрыли один из секретов рождения материи и антиматерии
Научная Россия (scientificrussia.ru), 14/06/2019
Исследователи ИТЭФ РАН и ИЯФ СО РАН раскрыли один из секретов рождения материи и антиматерии
1k.com.ua, 13/06/2019
Исследователи ИТЭФ РАН и ИЯФ СО РАН раскрыли один из секретов рождения материи и антиматерии
Русский переплет (pereplet.ru), 15/06/2019
Исследователи ИТЭФ РАН и ИЯФ СО РАН раскрыли один из секретов рождения материи и антиматерии
Научный портал MSAU.RU, 26/06/2019
Частичное столкновение
Советская Сибирь (sovsibir.ru), 04/07/2019
Загадки Вселенной разгадывают ученые ИЯФ
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 04/07/2019
Загадки Вселенной разгадывают ученые ИЯФ
Новости@Rambler.ru, 04/07/2019
Загадки Вселенной разгадывают ученые ИЯФ
Новости России (news-life.ru), 04/07/2019
Новосибирские физики с лучшей в мире точностью измерили полное сечение электрон-позитронной аннигиляции в адроны
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 04/07/2019
На российском коллайдере ВЭПП-2000 впервые измерили рождение семи пи-мезонов
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 04/07/2019
Загадки Вселенной разгадывают ученые ИЯФ
Новости Новосибирска (novosibirsk-news.net), 04/07/2019
Загадки Вселенной разгадывают ученые ИЯФ
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 04/07/2019

Похожие новости

  • 20/03/2019

    Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику

    В конце февраля этого года мир узнал, что коллаборация LHCb (CERN), в которую входит более десяти российских научных организаций, в том числе Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.
    339
  • 23/05/2019

    Археологи выделили на юге Западной Сибири новую культуру эпохи неолита – барабинскую

    Ученые Института археологии и этнографии СО РАН (ИАЭТ СО РАН) выделили на юге Западно-Сибирской равнины новую неолитическую культуру – барабинскую. Основой полученных данных стали исследования уникального комплекса, состоящего из двух жилых сооружений, артефактов из них, а также нескольких своеобразных ям для заготовки рыбы.
    550
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    665
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    235
  • 27/03/2019

    Эксперимент в ЦЕРН подтвердил существование редких многокварковых состояний

    Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), 26 марта на конференции Moriond QCD объявила об обнаружении в распадах Λb-бариона трех пентакварков – «экзотических» структур, состоящих из пяти кварков.
    371
  • 25/10/2016

    Экспериментальная установка покажет, как бороться с перегревом термоядерного реактора

    Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН), Московского энергетического института (НИУ МЭИ) и ОИВТ РАН создали экспериментальный стенд РК-3, на котором будут проводиться исследования гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и других термоядерных реакторов-токамаков.
    1571
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    1396
  • 12/06/2019

    Глава ОИЯИ рассказал о значении участия России в ЦЕРН

    Полноправное участие России в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) необходимо для участия отечественных ученых в проектах в области физики высоких энергий и приведет к укреплению позиций российской науки в мире, считает директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) академик Виктор Матвеев.
    411
  • 15/05/2018

    Новый российский гибридный реактор соберут в Курчатовском институте к концу года

    ​Гибридный реактор, который может в перспективе заменить АЭС, ученые научно-исследовательского центра Курчатовский институт соберут к концу 2018 года, физический пуск установки запланирован на 2020 год.
    690
  • 29/12/2018

    Российские ученые рассмотрели новый сценарий эволюции барионной асимметрии Вселенной

    ​Ученые из Новосибирского государственного университета и Института теоретической и экспериментальной физики Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» рассмотрели новый сценарий эволюции барионной асимметрии Вселенной — ситуации, при которой в ней много больше вещества, чем антивещества.
    873