Bij de oerknal zouden in het vroege heelal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten zijn ontstaan. Maar vandaag de dag bestaat alles wat we zien, van de kleinste levensvormen op aarde tot de grootste stellaire objecten, bijna volledig uit materie. In vergelijking daarmee is er niet veel antimaterie te vinden. Er moet iets gebeurd zijn om de balans te doen doorslaan. Een van de grootste uitdagingen in de natuurkunde is uit te vinden wat er met de antimaterie is gebeurd, of waarom we een asymmetrie zien tussen materie en antimaterie.
Antimateriedeeltjes hebben dezelfde massa als hun materie tegenhangers, maar eigenschappen zoals elektrische lading zijn tegengesteld. Het positief geladen positron, bijvoorbeeld, is het antideeltje van het negatief geladen elektron. Materie- en antimateriedeeltjes worden altijd als paar geproduceerd en, als zij met elkaar in contact komen, vernietigen zij elkaar, waarbij zuivere energie wordt achtergelaten. Tijdens de eerste fracties van een seconde van de Big Bang, gonsde het hete en dichte heelal van deeltjes-antideeltjesparen die in en uit het bestaan knalden. Als materie en antimaterie samen worden geschapen en vernietigd, lijkt het erop dat het heelal niets anders dan restjes energie zou moeten bevatten.
Niettemin is een miniem deel van de materie – ongeveer één deeltje per miljard – erin geslaagd te overleven. Dit is wat we vandaag zien. In de afgelopen decennia hebben experimenten in de deeltjesfysica aangetoond dat de natuurwetten niet in gelijke mate gelden voor materie en antimaterie. Natuurkundigen zijn erop gebrand te ontdekken waarom. Onderzoekers hebben spontane transformaties tussen deeltjes en hun antideeltjes waargenomen, die miljoenen keren per seconde plaatsvinden voordat zij vergaan. Een onbekende entiteit die in het vroege heelal in dit proces ingreep, zou ervoor kunnen hebben gezorgd dat deze “oscillerende” deeltjes vaker vervallen als materie dan als antimaterie.
Neem eens een muntje dat op een tafel ronddraait. Hij kan op kop of munt terechtkomen, maar hij kan niet worden gedefinieerd als “kop” of “munt” totdat hij ophoudt met draaien en opzij valt. Een munt heeft een 50-50 kans om op kop of munt te vallen, dus als genoeg munten op precies dezelfde manier worden rondgedraaid, moet de helft op kop en de andere helft op munt terechtkomen. Op dezelfde manier zou de helft van de oscillerende deeltjes in het vroege heelal als materie moeten zijn vervallen en de andere helft als antimaterie.
Als echter een speciaal soort knikker over een tafel met draaiende munten zou rollen en elke munt die hij zou raken op kop zou laten belanden, zou dat het hele systeem ontwrichten. Er zouden meer koppen dan staarten zijn. Op dezelfde manier zou een onbekend mechanisme de oscillerende deeltjes zodanig kunnen verstoren dat een kleine meerderheid van hen als materie vervalt. Natuurkundigen kunnen aanwijzingen vinden over wat dit proces zou kunnen zijn door de subtiele verschillen te bestuderen in het gedrag van materie- en antimateriedeeltjes die ontstaan bij hoog-energetische botsingen van protonen in de Large Hadron Collider. Door deze onbalans te bestuderen, kunnen wetenschappers een duidelijker beeld krijgen van de reden waarom ons universum gevuld is met materie.