A kozmológiai elméletek vitatott kérdése, hogyan vált uralkodóvá az anyag az antianyag felett, A részecskefizika Standard Modellje szerint az elemi objektumokra vonatkozó bomlási és képződési szabályok nem különböznek az anyaginak és antianyaginak tekintett részecskék esetén. Amikor nagy energiájú sugárzás részecskepárokat hoz létre, például elektront és pozitront, vagy protont és antiprotont, a két részecske száma kötelezően egyenlő. Az egyenlőségi szabály vonatkozik az annihilációra is: mindig azonos számú elektron és pozitron, illetve proton és antiproton semmisíti meg egymást a szétsugárzás folyamán.
Az anyag domináns szerepének értelmezéséhez ezért fel kell tételezni, hogy a képződő elemi objektumokra vonatkozó egyenlőség csak statisztikai értelemben igaz. A statisztikai véletlen szabályozza a kvantumfolyamatokat, emiatt bár a részecskék egyenlő valószínűséggel képződnek a valószínűség ingadozási szabálya miatt hol az egyik, hol a másik ideiglenesen többségbe kerülhet. Az univerzum ősi forró állapotából való lehűlés lehetővé tette a részecske képződést, melynek során az anyagtípusú részecskék, így a protonok és elektronok kis többsége alakulhatott ki a statisztikai ingadozás következtében. Amikor viszont beindult a nagy „leszámolás”, és a részecskék és antirészecskék „felfalták” egymást, az anyagi típusú részecskék pillanatnyi többsége megőrződött. Az akkori csekély többség alkotja jelenleg az univerzum több milliárd galaxisának anyagát.
Vessük fel a kérdést: emlékeztet-e bármi is az akkori univerzumra, ahol a részecskék és antirészecskék statisztikai egyensúlyban voltak, vannak-e jelenleg is ilyen objektumok? Két olyan különös objektumról beszélhetünk, ahol az anyagi és antianyag jelleg egyensúlyban van. Az egyikbe tartoznak bizonyos egzotikus atomok, a másiknak felelnek meg a mezonok az elemi részecskék közül.
Ilyen egzotikus atom a pozitronium, amelyben egy pozitron és egy elektron „kergeti” egymást. Ez a Hidrogén atom könnyű” változata, amelyben szintén egy pozitív és egy negatív részecske van jelen. A Hidrogénben a proton tömege közel kétezerszerese az elektronnak, ezért első közelítésben a proton mozdulatlannak tekinthető, amely körül végzi mozgását az elektron. Az elektron pályáját az jellemzi, hogy a keringéshez tartozó impulzusnyomaték a redukált ħ Planck-állandó egészszámú többszöröse. Ebbe belefér az is, hogy az impulzusnyomaték nulla, ezt nevezzük s pályának. De lehet ez a nyomaték ħ is, ez a p pálya, lehet 2ħ is, ez a d pálya, és még sorolhatnánk. Az impulzusnyomaték diszkrét változása jellegzetes kvantummechanikai jelenség. Ez eltér a makroszkopikus testek keringési szabályától, ahol megengedett az impulzusnyomaték folytonos változása, legalább is elvben. A pozitroniumban is olyen szimmetriájú pályák alakulnak ki, mint a Hidrogén atomban. de ekkor nem beszélhetünk mozgási centrumról, hanem a két azonos tömegű részecske egymáshoz képesti mozgásáról van szó. Ezt a mozgást szokás úgy ábrázolni, hogy a két részecske egy köralakú pályán kergeti egymást. Példa rá a wikipedia szócikkében szereplő rajz is:
A legkisebb energiájú pálya a belső s pálya, amelynek valószínűség eloszlása gömb szimmetriájú. A valószínűségi eloszlás azonban nem azt jelenti, hogy a részecske az s pályán ténylegesen körbefut. A körpályának ugyanis nullától különböző sugara van, amiért nem lehet nulla az impulzusnyomatéka. A gömbszimmetriájú eloszlás csupán azt jelenti, hogy a két részecske között fellépő elektromágneses vonzás gömbszimmetrikus, vagyis az elektron „nem észlel” irányokat. A szokásos térszemlélet azonban három dimenzióra épül, így a kvantummechanika az iránytól független erőt gömbszimmetrikus potenciállal írja le. Viszont hogyan lehet a keringési pályának nulla az impulzusnyomatéka? Csakis úgy, ha a mozgási pálya áthalad a centrumon. A pozitroniumban ez a centrum a két részecske helyének felezőpontjára esik. A mozgás tehát úgy történik, hogy a két részecske időnként összeér a felező ponton, majd szétválnak a pozíciók, miközben a mozgás iránya mindig azonos marad. Tánchasonlattal élve a két részecske nem körtáncot lejt, hanem a szvingnek megfelelő mozgást hajt végre.
De milyen hosszú ideig tart az elektron és pozitron együttélése? A válasz megadásához tudni kell, hogy kétféle pozitronium létezik. Ennek oka, hogy az elektronnak és pozitronnak perdülete, spinje van, amelyhez ½ħ impulzusnyomaték tartozik, az ½ együtthatót nevezzük spin kvantumszámnak, a feles spinű részecskék a fermionok. Az olyan objektumban, ahol két fermion van jelen a spinek összeadódnak, vagy kivonódnak és az eredő spin lehet 0, vagy 1. Ennek megfelelően a pozitronim spinje is lehet nulla, ez a szingulett állapot, amit meta állapotnak is nevezünk, de szintén létezik olyan pozitronium is, ahol az S = 1 triplett állapot valósul meg, ez az orto pozitronium. Az egész spinű objektumok összefoglaló neve a bozon. A két pozitronium energiája közel azonos (6,8 eV), az alapállapotok kismértékben különböznek (0,001 eV a különbség), viszont élettartamukban nagy az eltérés, az S = 0 állapot élettartama 0,12ns, míg az S = 1 tripletté 142 ns. Ezt összevetve az elektron-pozitron kontaktusok gyakoriságával, azt kapjuk, hogy az egyik esetben millió, a másikban milliárd kontaktus szükséges az annihiláció bekövetkezéséhez, vagyis az annihiláció erősen spin függő jelenség.
A másik példa a mezonok esete. Ezek összetevői a kvarkok, melyek között egyaránt vannak anyagi és antianyagi részecskék is. A törttöltésű kvarkoknak két alaptípusa és három generációja van, ahol a generációk tömegükben különböznek, a magasabb generációknak jóval nagyobb a tömegük. Az első generáció kétféle kvarkja az up és down, melyek töltése az elemi töltés 2/3-a, illetve 1/3-a. A töltések előjele lehet pozitív és negatív, attól függően, hogy részecskéről, vagy antirészecskéről beszélünk. Anyagi részecske esetén az up pozitív, a down negatív töltéssel rendelkezik, antirészecskék esetén az előjel fordított. A mezonokat mindig egy anyagi és egy antianyagi kvark építi fel, ez biztosítja, hogy a mezon töltése csak az elemi töltés egészszámú többszöröse lehet. A mezonok családjának leghosszabb élettartamú és legkisebb tömegű tagja a pion, vagyis a pi mezon, amelyet a kétféle első generációs kvark épít fel és spinje S = 0, vagyis a két összetevő kvark ellentétesen polarizált, viszont a töltése lehet 0, illetve ±e is. A töltéssel rendelkező pion élettartama rendkívül hosszú (12ns) a többi mezonhoz képest. Ennek oka, hogy a bomlást kizárólag a gyenge kölcsönhatás vezérli és nincs szerepe az elektromágneses kölcsönhatásnak. Természetesen az univerzum életében a mezonokban megnyilvánuló anyag és antianyag együttélés így is csak egy röpke pillanat.
Az anyag dominanciájának képviselői a fermionok, mégpedig a három kvarkból, vagy antikvarkból felépülő barionok. Legfontosabb képviselőjük a két nukleon, a proton és neutron, melyek az up és down kvarkokból épülnek fel. Ezek alkotják a periódusos rendszer mintegy 100 elemét és építik fel az univerzum anyagi világát. Ezekben a hármas kombinációkban soha sincs együtt anyag és antianyag. Az anyag dominanciáját tehát a kvarkok hármas összefogása teremti meg.
