Według istniejących teorii materia i antymateria we Wszechświecie powinny być równo podzielona, ale wciąż nie możemy wykryć antymaterii. Co się z nią stało? Odpowiedź na to pytanie da nam klucz do zrozumienia istnienia wszechświata.

Naukowcy poznali zadziwiającą liczbę dziwnych rzeczy. Wiemy na przykład, że Wszechświat pojawił się około 14 miliardów lat temu w wyniku kataklizmu, tzw. Wielkiego Wybuchu. Zdarzenie to zostało po raz pierwszy udowodnione eksperymentalnie w 1929 roku, a przez lata pojawiało się coraz więcej dowodów na poparcie tej hipotezy. W tym, że wszystko było tak, nie ma wydarzeń.

Wiemy też, że oprócz zwykłej materii, z której jesteśmy zbudowani, istnieje jeszcze niezwykła, tak zwana antymateria. Kiedy oba rodzaje materii wchodzą w kontakt, unicestwiają się nawzajem i uwalniana jest oszałamiająca ilość energii. Kiedy jeden gram antymaterii wchodzi w kontakt z jednym gramem materii, uwalniana jest taka sama ilość energii, jak podczas wybuchu bomby atomowej w Hiroszimie w 1945 roku.

Jeśli połączenie materii i antymaterii prowadzi do powstania energii, to możliwy jest również proces odwrotny. Energia może tworzyć materię i antymaterię w równych ilościach. Antymaterię odkryto w 1931 roku i od tego czasu pojawia się coraz więcej dowodów potwierdzających tę teorię. Istnienie antymaterii jest powszechnie uznawane, a nawet odgrywa znaczącą (i nieco realistyczną) rolę w przebojowej powieści Dana Browna Anioły i demony. Co jest nie tak z antymaterią? Istnieje wiele dowodów na teorię Wielkiego Wybuchu i istnienie antymaterii, ale w tym tkwi problem. Jeśli połączymy te dwa fakty, powstaje trudne pytanie: oba nie mogą być jednocześnie prawdziwe, a przynajmniej w tej teorii brakuje jakiegoś elementu.

I tu pojawia się problem. Kiedy powstał wszechświat, przestrzeń była pełna energii. Energię można przekształcić w materię i antymaterię. Gdy wszechświat rozszerzał się i ochładzał, cała ta energia powinna była zostać przekształcona w równą ilość materii i antymaterii. Ale jeśli się rozejrzysz, możesz wyciągnąć ciekawy wniosek: Wszechświat, który widzimy, składa się tylko z materii.

Może antymateria znajduje się gdzieś daleko? Pod każdym względem antymateria może znajdować się gdzieś „tam” we wszechświecie. W końcu, jeśli materia i antymateria się nie stykają, to nie ma problemu. W zasadzie Księżyc mógłby być antymaterią. Ale wiemy, że tak nie jest. Gdyby Neil Armstrong i cały jego moduł księżycowy byli materią, a Księżyc antymaterią, to w momencie zetknięcia się statku kosmicznego z powierzchnią satelity nastąpiłby bardzo duży wybuch. Tak się nie stało, więc teraz wiemy, że Księżyc składa się z materii.

Badanie innych ciał niebieskich pozwala nam wyciągnąć ten sam wniosek o naszych kosmicznych sąsiadach: Układ Słoneczny składa się z materii. A inne gwiazdy? Możemy być pewni, że inne gwiazdy w galaktyce Drogi Mlecznej również są zbudowane z materii. Gwiazdy takie jak Słońce nieustannie emitują cząstki, które w naszym systemie nazywane są „wiatrem słonecznym”. W rzeczywistości jest to strumień atomów emitowanych przez Słońce w przestrzeń międzygwiazdową.

Gdyby istniały gwiazdy składające się z antymaterii, to uwalniałyby atomy antymaterii, a wtedy atomy materii i antymaterii latałyby w przestrzeni międzygwiezdnej. Czasami zderzali się i niszczyli się nawzajem. Gdyby tak się stało, w wyniku tego procesu mogłaby pojawić się specjalna forma promieniowania gamma (coś w rodzaju bardzo silnego promieniowania rentgenowskiego).

Ponieważ jednak nie wykryto takiego promieniowania gamma, możemy być pewni, że inne gwiazdy również składają się z materii. I na tej samej zasadzie można wykluczyć istnienie galaktyk z antymaterii. W przestrzeni międzygalaktycznej obłoki gazu otaczające galaktyki stykałyby się, a wtedy dowiedzielibyśmy się o oddziaływaniu obłoków materii i antymaterii. Więc gdzie jest cała antymateria?

Jeśli jednak nie można wykluczyć możliwości istnienia galaktyk z materii i antymaterii, to z czym mamy do czynienia? To, co pozostaje, to bardzo dziwna hipoteza, że ​​w czasie powstania wszechświata było w jakiś sposób więcej materii niż antymaterii. I wygląda na to, że tak było. Według dostępnych danych, na wczesnym etapie formowania się Wszechświata, mniej niż sekundę po jego powstaniu, na każde dwa miliardy cząstek antymaterii przypadały dwa miliardy i jedna cząstka materii. Dwa miliardy cząstek materii i antymaterii zniszczyły się nawzajem, pozostawiając jedną cząsteczkę materii, która następnie połączyła się z resztą tego rodzaju. Tak ukształtowała się sprawa, którą się teraz zajmujemy.

Energię powstałą w wyniku destrukcji materii i antymaterii można znaleźć wszędzie. Fale radiowe wypełniają cały wszechświat. Zjawisko to znane jest jako kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. To mierząc CMB i licząc protony we Wszechświecie, ustaliliśmy stosunek materii do antymaterii. Jak to się stało, że stosunek materii i antymaterii na wczesnym etapie formowania się Wszechświata był nieco nieproporcjonalny? Nie znamy odpowiedzi na to pytanie, ale naukowcy mają pewne przemyślenia na ten temat.

Na przykład w latach sześćdziesiątych XX wieku naukowcy odkryli, że subatomowe cząsteczki materii we wszechświecie nieznacznie przewyższają liczebnie ich odpowiedniki z antymaterii. Cząstki te nazywane są kwarkami. Ale nieproporcjonalny stosunek kwarków do antykwarków nie wyjaśnia wystarczająco istnienia wszechświata, więc naukowcy zaproponowali inną hipotezę. Neutrina to cząstki o bardzo małej masie, które powstają w wyniku jakiejś formy rozpadu radioaktywnego. Największym i najbliższym źródłem neutrin jest Słońce. Naukowcy budują akceleratory cząstek i detektory, aby badać zachowanie neutrin i antyneutrin i sprawdzać, czy się różnią. Jeśli neutrina i antyneutrina zachowują się inaczej, byłaby to wskazówka. Można by wtedy wnioskować, że nasz Wszechświat powstał w wyniku leptogenezy, czyli z cząstek o małej masie.

Obecnie budowane są różne obiekty do badania tej teorii, ale największe znajduje się w USA i nosi nazwę DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). W ramach eksperymentu naukowcy z laboratorium Fermilab pod Chicago wystrzelą neutrina i antyneutrina do specjalnego detektora znajdującego się w Południowej Dakocie, oddalonej o 1300 kilometrów. Eksperyment DUNE zaplanowano na tę dekadę. 

Nikt nie wie, dlaczego Wszechświat jest łaskawy dla materii, a nie dla antymaterii. Ważne jest, aby to zrozumieć. Bez tej drobnej nierównowagi (lub asymetrii) po prostu byśmy nie istnieli. Musimy więc odpowiedzieć na to pytanie, aby zrozumieć, dlaczego galaktyki, gwiazdy i ludzie nadal istnieją.