Зеркальная материя: чем она отличается от антиматерии
С легкой руки Льюиса Кэрролла Зазеркальем называют волшебную страну, которая находится по ту сторону зеркала и существует лишь в человеческом воображении. Однако современные физики вполне серьезно говорят о наличии зеркального мира или, что точнее, зеркальной материи. И если ее найдут, старая сказка в каком-то смысле станет былью.
К 1966 году было известно, что при распаде каонов СР-симметрия не соблюдается. Авторы показали, что эту симметрию можно в некотором смысле сохранить (или, вернее, обобщить), если предположить, что каждой частице соответствует зеркальная частица с такими же физическими характеристиками. Для этого они постулировали симметрию относительно преобразования СРА, где операция А как раз и заменяет частицу ее зеркальным партнером (буква А — напоминание о кэрролловской Алисе). Другая возможность, отмеченная Кобзаревым, Окунем и Померанчуком, состоит в том, что общими для нашей и зеркальной материи могут быть нейтрино. Позднее Лев Окунь опубликовал десяток статей, где рассматривал различные возможные связи между обычной и зеркальной материей и предлагал эксперименты, которые позволили бы их обнаружить.
Гипотетические зеркальные частицы существуют не где-то в параллельной Вселенной, а в нашем пространстве. Они связаны друг с другом своими собственными взаимодействиями, которые не распространяются на частицы нашей материи, так же как наши взаимодействия не воспринимаются частицами зазеркалья. Отсюда следует, что в принципе могут существовать зеркальные галактики, звезды и планеты (в том числе и обитаемые), которые нельзя углядеть ни в один телескоп. Зарегистрировать зеркальную материю можно лишь одним способом — по гравитационным полям, поскольку она обычным образом притягивается к материи нашего мира.
Зеркальное отражение
Зеркальную материю иногда путают с антиматерией, хотя это совершенно разные понятия. Частицы и античастицы отличаются знаком электрического заряда, а зеркальные частицы — зеркальным преобразованием системы координат. При этом зеркальное отражение преобразует импульс частицы (частица движется в противоположную сторону), но не затрагивает ее спин («вращение» происходит в том же направлении). Зеркальная симметрия возможна не для всех частиц: например, у свободных электронов, протонов, нейтронов, фотонов проекция спина на направление импульса с равной вероятностью может быть и положительной, и отрицательной, в то время как у нейтрино импульс может быть направлен только противоположно спину.
В 1970-х годах усилия физиков-теоретиков были в основном направлены на разработку Стандартной модели элементарных частиц, и гипотеза зеркальных частиц как-то отодвинулась в тень. Потом интерес к ней возродился, и о ее нынешнем состоянии «Популярной механике» рассказал профессор теоретической физики Мэрилендского университета Рабиндра Мохапатра: «Физики возвратились к зеркальным частицам по двум причинам. В прошлом десятилетии укрепились позиции гипотезы темной материи, и начала обсуждаться возможность существования так называемых стерильных нейтрино. Такие нейтрино подчиняются закону тяготения, но не принимают участия ни в сильном, ни в электромагнитном, ни в слабом взаимодействиях. В этом контексте в 1995 году австралийские теоретики Фут и Волкас и независимо от них я и грузинский физик Зураб Бережиани (он сейчас работает в Италии) предположили, что зеркальные частицы реально существуют и проявляют себя в стерильных нейтрино и темной материи. Многие из наших коллег признали, что эта идея заслуживает обсуждения. Возникает естественный вопрос — как обнаружить зеркальные частицы или их скопления? Если существуют, скажем, звезды из зеркальной материи, они выдадут свое присутствие только тяготением. Его можно обнаружить посредством эффекта гравитационного линзирования, но пока это еще никому не удалось. Однако есть и другая возможность, которую мы с соавторами обсуждаем в недавно опубликованной статье. Есть основания думать, что наши фотоны могут очень незначительно перемешиваться с фотонами зеркального сектора. Это обстоятельство в принципе открывает путь к регистрации зеркальных частиц».
Зеркальные частицы связаны между собой своими собственными электромагнитным, сильным и слабым взаимодействиями, которые не распространяются на частицы нашего мира. Поэтому единственный для нас способ зарегистрировать зеркальную материю — с помощью гравитации (например, используя эффект гравитационного линзирования).
Согласно одной из теорий, вскоре после рождения нашей Вселенной все зеркальные частицы, за исключением самых легких, распались. Выжившие же могут формировать космические скопления, проявляющие себя как гало темной материи. Тем не менее, согласно этому сценарию, зеркальных звезд и зеркальных планет не существует — для них просто не хватит строительного материала.
