Дмитрий Селин – Вселенная из планковских битов (страница 7)
Однако при высоких энергиях (например, в протон-антипротонных столкновениях) рождаются также пионы, каоны, адроны и пары лептонов. Это происходит потому, что энергия системы достаточна для возбуждения более сложных паттернов — массивных структур, несущих квантовые числа (барионное число, странность, аромат и т.д.). В "планк-битовой" модели переход решётки в такие состояния определяется локальными правилами перестройки, которые аналогичны законам сохранения в квантовой теории поля.
Для того чтобы модель стала предсказательной, необходимо ввести динамический отбор конечных состояний. Например:
Если суммарный заряд, барионное и лептонное числа равны нулю, решётка может перейти в состояние с минимальным числом возбуждённых битов — фотоны (при малой энергии) или в комбинацию безмассовых и массивных частиц (при большой энергии).
Отбор определяется тем, какие паттерны устойчивы при данной локальной плотности энергии и при данном направлении «ветра» (скорости браны). Это можно формализовать как эффективное действие, в котором вероятность перехода пропорциональна фазовому объёму конечных состояний.
В принципе, это согласуется с квантовой теорией поля: правила Фейнмана задают амплитуды переходов, которые в пределе больших расстояний дают наблюдаемые сечения. В "планк-битовой" модели эти правила возникают эмерджентно из динамики битовой решётки, но их детализация требует дальнейшей математической работы.
Почему материи больше, чем антиматерии
Теперь ответ на главный вопрос: почему Вселенная состоит из материи, а не из антиматерии?
1. Выделенное направление
Вспомним: брана движется в балке. Это создаёт выделенное направление — вектор скорости. Относительно этого вектора материя и антиматерия имеют противоположную хиральность.
Сразу после «Большого старта», когда брана начала двигаться с огромной скоростью, «ветер» балка был чрезвычайно силён. В этих условиях процессы рождения частиц и античастиц шли в присутствии этого ветра.
Ключевой момент: рождение частиц и античастиц шло с разной вероятностью.
Почему? Потому что частица в «планк-битовой» модели — это структура, закрученная по направлению ветра. Античастица — против него. Ветер помогает одной закрутке и мешает другой. Это создаёт микроскопическое предпочтение.
2. Аналогия с ветряной мельницей
Представьте ветряную мельницу в сильном потоке воздуха. Лопасти, закрученные по направлению потока, вращаются легко. Лопасти, закрученные против потока, тормозятся.
Точно так же в ранней Вселенной «ветер» балка помогал рождению частиц материи и затруднял рождение античастиц. Разница была крошечной — порядка одной частицы на миллиард. Но её было достаточно.
3. После аннигиляции
Когда ранняя Вселенная остыла, частицы и античастицы начали аннигилировать парами. Материи было чуть больше. Поэтому после аннигиляции остался небольшой избыток материи — тот самый, из которого построено всё, что мы видим.
Хиральность бета-распада как отпечаток движения браны
В 1957 году Цзяньсюн Ву провела эксперимент, который потряс физику. Она наблюдала бета-распад поляризованных ядер кобальта-60 и обнаружила невозможное: электроны вылетали преимущественно в одном направлении относительно спина ядра. Не в 51% случаев и не в 60% — а практически всегда в одну сторону.
Это означало, что зеркальная симметрия природы нарушена. Левое и правое не равноправны. Вселенная различает их.
За это открытие Ли Цзундао и Ян Чжэньнин получили Нобелевскую премию. Но сам факт — почему природа предпочитает левое — остался без объяснения. Стандартная модель просто постулировала это: слабое взаимодействие описывается так называемой VA-структурой (вектор минус аксиальный вектор), которая по построению взаимодействует только с левокиральными фермионами и правокиральными антифермионами.
Но почему VA, а не V+A? Почему левое, а не правое? Стандартная модель не отвечает. Она констатирует факт. «Планк-битовая» модель даёт ответ.
В слабых взаимодействиях, в частности в бета-распаде, природа демонстрирует абсолютную хиральную асимметрию. Бета-минус распад (распад нейтрона):
np+e+νˉe
испускаемые электроны всегда оказываются левозакрученными (левовинтовыми, с отрицательной спиральностью). Это не статистическое предпочтение — это 100%. Никто никогда не наблюдал правозакрученного электрона в обычном бета-распаде. Антинейтрино — правоориентировано.
Соответственно, бета-плюс распад (распад протона или анти-бета-распад антинейтрона):
nˉpˉ+e++νe
испускаемые позитроны всегда оказываются правозакрученными (правовинтовыми, с положительной спиральностью). Снова — 100%. Нейтрино — левоориентировано.
Частица - Хиральность
Электрон (материя) - 100% левая
Позитрон (антиматерия) - 100% правая
Нейтрино (материя) - 100% левая
Антинейтрино (антиматерия) - 100% правая
Симметрия абсолютная и зеркальная: материя всегда левая, антиматерия всегда правая. Не 99%, не 90% — именно 100%.
Это самый жёсткий, самый бескомпромиссный пример хиральности во всей физике. Никакое другое взаимодействие не демонстрирует такой абсолютной предпочтительности. Ни электромагнитное, ни сильное, ни гравитационное. Только слабое.
Почему 100%, а не 50%?
Потому что ветер дует всегда в одну сторону. Нет второго ветра, дующего в противоположную. Нет области пространства, где ветер стихает или меняет направление. Ветер глобален и однороден для всей браны.
Поэтому каждая частица материи, рождённая в слабом взаимодействии, закручена по ветру (левая). Каждая античастица — против ветра (правая). Без исключений.
Если бы ветер был неоднороден или если бы существовали области с противоположным направлением ветра, мы наблюдали бы не 100% хиральность, а некоторую статистику — скажем, 70% левых и 30% правых. Но ветер однороден. Поэтому хиральность абсолютна.
Почему именно слабое взаимодействие?
Возникает естественный вопрос: если ветер дует везде, почему хиральность проявляется только в слабых взаимодействиях, а не в электромагнитных или сильных?
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.